Вода плюс железо

Введение

Железо является характерным элементом природных вод зоны избыточного увлажнения. На территории этой природной зоны расположены города Центральной части России, Сибири и Дальнего Востока. В подземных водах Москвы и Московской области содержание железа превышает значение ПДК практически повсеместно.

Железо – один из самых распространенных элементов в при­роде. Его содержание в земной коре составляет около 4,7 % по массе, поэтому железо, с точки зрения его распространенности в природе, принято называть макроэлементом. Известно свыше 300 минералов, содержащих соединения железа. Среди них – магнит­ный железняк альфа-FеО(ОН), бурый железняк Fе₃О₄*Н₂О, гематит (красный железняк) и другие. Главными источниками соединений железа в поверхностных водах являются процессы химического выветривания горных пород, сопровождающиеся их механическим разрушением и растворением. В процессе взаимодействия с содержащимися в природных водах минеральными и органическими веществами образуется сложный комплекс соединений железа, находящихся в воде в растворенном, коллоидном и взвешенном состояниях. Значительные количества железа поступают с подземным стоком и со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и сельскохозяйственными стоками.

Воздействие на организм

Железо является жизненно важным микро­элементом для животных и растений, т.е. элементом, необ­ходимым для жизнедеятельности живых организмов в малых количествах. В организме человека железо входит в состав важнейших в биологическом отношении органических соединений – гемоглобина крови и ряда ферментов. Около 70% железа, содержащегося в организме человека, входит в состав гемоглобина. Основным физиологическим назначением железа является участие в процессе кроветворения.

Железо в воде

В природных водах вода может содержать железо в разных формах. Чаще всего встречается двух- и трех- валентное железо. Чистая, прозрачная вода, изливающаяся из скважины, постояв некоторое время на воздухе, буквально на глазах начинает мутнеть, приобретая характерную рыжевато-бурую окраску. Это происходит потому, что соединения двухвалентного железа, вступив в контакт с кислородом воздуха, окисляются и переходят в нерастворимую форму трехвалентного железа — осадок, называемый ржавчиной. Содержание железа в воде выше 1-2 мг Fe /дм³ значительно ухудшает органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус, и делает воду малопригодной для использования даже в технических целях. ПДК железа составляет 0,3 мг Fe /дм³ (лимитирующий показатель вредности – органолептический).

Ржавчина очень часто встречается в водопроводной воде. Одна из основных причин — устаревшие системы водоснабжения. Пройдя очистку на муниципальных водопроводных очистных сооружениях, вода обычно содержит небольшое количество железа, укладывающиеся в медицинские нормы, но проходя до конечного потребителя через многие километры труб распределительной водопроводной сети, она подвергается вторичному загрязнению, растворяя продукты коррозии стальных труб.

В результате на выходе мы вновь имеем «железистую» воду с желтоватым оттенком. Насыщенная соединениями железа вода имеет не только неприятный вид. Она портит запорную арматуру, оставляет ржавые подтеки на керамических поверхностях сантехники. Кроме того, медиками доказано, что вода с повышенным содержанием железа (свыше 0,3 мг/л) приводит к заболеваниям печени, увеличивает риск инфарктов, негативно влияет на репродуктивную функцию организма, а также служит причиной появления аллергических реакций.

Повышенное содержание железа в воде создает благоприятные условия для развития железобактерий, особенно в подогретой воде. Эти микроорганизмы образуют ветвящиеся колонии, которые осложняют работу гидротехнических сооружений. Продукты жизнедеятельности железобактерий являются канцерогенами. Железообрастания внутри труб – идеальная среда для развития кишечной палочки, гнилостных бактерий, различных других микроорганизмов. Все это ухудшает химические и бактериологические показатели воды.

Очистка воды от железа

В природных водах может присутствовать двухвалентное (за­кисное) или трехвалентное (окисное) железо.
иболее часто в воде подземных источников железо встречается в виде бикарбона­та закиси железа Fe(HCO₃)₂, т. е. двууглекислого железа. Из подземных вод двухвалентное железо может быть устране­но при помощи аэрации воды. Надо отметить, что двууглекислое железо в воде частично гидролизуется, теряя углекислоту. Гидрат закиси железа Fe(OH)₂, соединяясь с кислородом, превращается в коллоидную гидроокись железа Fe(OH)₃, которая при коагулировании переходит в окись железа Fe₂O₃?3H₂O, выпадающую в виде бурых хлопьев. Поэтому после аэрации нужно пропускать воду через контактные резервуары и фильтры.

Если в воде содержится сернокислое железо FeSO₄, то при аэра­ции такой воды ее обезжелезивание не достигается, так как при гидролизе растворенной соли железа образуется угольная кисло­та, понижающая рН воды до величины, меньшей 6,8, при которой гидролиз почти прекращается. Поэтому из воды СО₂удаляется путем ее предварительного известкования, после которого необходимы отстаивание и фильтрова­ние воды.

Чтобы установить наиболее экономичный для данной воды спо­соб обезжелезивания, надо произвести пробное удаление железа. Обезжелезивание воды для хозяйственно-питьевых нужд произ­водят при содержании в исходной воде железа в количестве более 0,3 мг/л, при этом специальные установки предусматриваются только в тех случаях, когда железо не может быть удалено попут­но при обработке воды на других очистных сооружениях.

Для того, чтобы решить, какой именно способ обезжелезнивания воды необходим именно вам, нужно понять, в каких формах железо представлено в вашей воде. Для этого рекомендуется обратиться к специалистам-аналитикам, а также профессионалам водоподготовки. Все эти вопросы находятся в компетенции лаборатории MSU LAB.

www.msulab.ru

Проблемы, которые могут возникнуть при переизбытке железа

Железо занимает ведущие позиции среди химических элементов земной коры. Без него невозможна работа кроветворных органов, и оно является основой гемоглобина. Человек получает железо с пищей, которое в дальнейшем накапливается в печени и селезенке.

Благодаря довольно плохому усвоению железа, не страшно выпить жидкость с большим его содержанием. Это не нанесет организму особого вреда. Но при регулярном употреблении такой воды о пользе для здоровья точно говорить не придется. Избыток данного химического элемента будет накапливаться в различных органах, что в последствие грозит определенными проблемами с их функционированием. У некоторых людей избыток железа может вызвать аллергию или сухость кожных покровов.

Если ориентироваться на данные ВОЗ, то суточное употребление железа не должно превышать 0,8 мг на 1 кг массы человеческого тела. Чтобы получить такую дозу необходимо выпить не одно ведро воды, а, значит, в большинстве случаев содержание железа в жидкости не является опасным для здоровья. Но вот неприятный металлический привкус вряд ли доставит удовольствие.

Определить, что в питьевой воде железо действительно присутствует в избытке, можно следующим образом:

• почувствовав железистый привкус;
• обнаружив желтые или рыжие разводы на поверхности раковины или ванны;
• прокипятив воду в чайнике, на его стенках можно увидеть желтоватый или бурый налет;
• после стирки в такой воде, цветная одежда обычно теряет прежнюю яркость, обесцвечивается.

Чтобы точно знать концентрацию железа в водопроводной воде, можно взять ее пробу и отнести в лабораторию. Полученный результат поможет решить вопрос, как очистить воду от железа?

Разновидности

Железо в природе имеет разные формы, а также присутствует в качестве сложных химических соединений. Оно бывает двухвалентным, трехвалентным и органическим.

Fe2

Такой элемент способен растворяться в воде. Изначально вода кажется прозрачной, но если перелить ее в открытый контейнер, то по прошествии некоторого времени железо выпадет в осадок, вступив в реакцию с кислородом.

Fe3

Это не растворяющееся в воде железо. Вода с таким железом имеет желтоватый цвет, а если дать ей постоять в незакрытом сосуде, то при взаимодействии с кислородом железо упадет в осадок в виде коричневых хлопьев. Очистка воды от железа трехвалентного может происходить разными способами.

Органическое соединение

Такой вариант присутствует в воде в различных формах и в качестве компонента химических соединений. Его наличие придает жидкости желтоватый оттенок. При взаимодействии с кислородом в осадок такое железо не падает. Благодаря некоторым бактериям Fe2 может превращаться в Fe3. Коллоидное железо – очень мелкие, не растворяющиеся частицы химического элемента, которые делают воду мутной. Отфильтровать подобную жидкость довольно трудно.

Все эти три разновидности железа ведут себя в воде по-разному. Например, если жидкость изначально бесцветная, а по прошествии времени на дне сосуда образуется осадок коричневого цвета, значит, имеет место присутствие Fe2. Когда из крана бежит желтая вода, а спустя какое-то время еще и появляется осадок, значит, присутствует Fe3.

Если виной всему бактериальное железо, то на поверхности воды видна опалесцирующая пленка, а в трубах будет накапливаться желеобразная масса. Коллоидное железо не выделяется в осадок, но его присутствие делает воду желтой.

Тонкости процесса очистки

Fe2, растворенное в грунтовых водах, попадая в систему водоснабжения домов, вступает в реакцию с воздухом, от чего происходит окисление и железо становится Fe3, то есть — ржавчиной. Ржавый осадок остается на стенках труб, сантехнике, стиральной и посудомоечной машине и в других местах, где происходит соприкосновение с водопроводной водой.

Наличие данного химического элемента способствует развитию некоторых видов бактерий, поэтому очистка воды от железа важна не только для сохранения качества и внешнего вида сантехники и бытовых приборов, но и в целях безопасности для здоровья.

Даже если наличие железа в воде не превышает норму, все-таки стоит предпринять меры по ее очищению в домашних условиях. Хотя бы для того, чтобы улучшить ее вкусовые качества. Но это не так просто, как может показаться сначала. Ведь для каждого вида железа требуется особенная система очистки.

Если в жидкости обнаружено наличие двухвалентного железа, то, в первую очередь, необходимо перевести его в нерастворимый вид, то есть сделать трехвалентным. Для этого следует использовать систему фильтрации и аэрирования.

Избавить воду от Fe2 можно с помощью двух методов: ионообмена и обратного осмоса

Ионообмен

Некоторые фильтры, предназначенные очищать водопроводную воду и превращать ее в питьевую, содержат ионообменный картридж со специальными смолами. Они способны менять железо на натрий. Многие производители выпускают картриджи, эффективно справляющиеся со своей функцией, когда содержание железа в воде не более 5 мг/литр. Существуют также картриджи, где фильтром служит природный материал кальцит.

Обратный осмос

Система фильтров с функцией обратного осмоса способна очищать жидкость от любого вида примесей, в том числе и от Fe2. Фильтры гораздо эффективнее справляются со своей задачей, чем предыдущий метод ионообмена. Ионы двухвалентного железа гораздо больше, чем поры обратноосмотических мембран, поэтому мембраны хорошо задерживают железо. Система обратного осмоса подойдет для воды с содержанием химического элемента до 10-20 мг/литр.

Предыдущие способы очистки практически не эффективны, если в воде помимо Fe2 есть еще и Fe3, то есть ржавчина. Здесь потребуется дополнительный механический фильтр очистки, который будет задерживать мелкие частицы железа. После этого можно использовать другие фильтры.

Чтобы преобразовать двухвалентное железо в трехвалентное, необходимо применить следующие технологии окисления:

1. Аэрацию. Это процесс насыщения жидкости воздухом, который происходит путем фонтанирования, барботирования, душирования или при помощи инжекторов. Такая система не достаточно эффективна, поэтому ее можно использовать, когда концентрация железа в воде не превышает 10 мг/литр.
2. Использование окислителей. С помощью химических окислителей можно справиться с Fe2 в воде, а также разрушить содержащийся в ней сероводород и провести обеззараживание. Среди популярных на сегодняшний день окислителей можно выделить хлор, использующийся на большинстве очистительных водных станций.

Кроме плюсов, хлор имеет и недостатки, поэтому коммунальные службы применяют другую систему очистки – озонирование воды. Она не только успешно борется с Fe2, но и избавляет воду от болезнетворных микроорганизмов. В бытовых условиях очистка воды от железа может происходить и с использованием марганцовки.

Очиститель своими руками

Избавить водопроводную воду от примесей железа, сделав ее питьевой, без использования фильтров практически невозможно. Но есть способы уменьшить его концентрацию при помощи самодельных конструкций. Прежде всего, необходимо перевести Fe2 в Fe3, способное выпадать в осадок.

Очиститель, сделанный своими руками – это большая и открытая емкость с водой, в которой жидкость отстаивается какое-то время. С помощью компрессора для аквариумов можно продуть воздух сквозь воду, чтобы процесс пошел быстрее. Fe2 соединится с воздухом и, превратившись в Fe3, упадет в осадок. Такую воду потом можно использовать для питья, так как количество железа в ней значительно снизится.

Повышенное скопление железа в воде обнаруживается обычно там, где источником служит артезианская скважина. Владельцы частных домов вынуждены применять обезжелезиватель воды в виде фильтра, чтобы уменьшить концентрацию необходимого, но в тоже время опасного химического элемента. Универсальной системы очистки водопроводной воды, и превращения ее в питьевую, не существует. Каждый способ имеет свои плюсы и минусы. Выбор зависит от количества железа в жидкости, а также от его максимальной эффективности при минимальных затратах.

dom-and-sad.ru

Получение железа (чугуна и стали)

Производство чугуна основано на восстановительных свойствах углерода. Чугун образуется в домнах, куда загружают смесь кокса и железной руды. В результате горения кокса образуется необходимое для реакции тепло и сильный восстановитель — угарный газ:

Впрочем, и кокс является прекрасным восстановителем:

Угарный газ является основным восстановителем доменного процесса, поскольку ввиду газообразного состояния имеет высокую реакционную способность, способен проникать в любую точку домны. Кроме того, он не образует цементита. Эти реакции восстановления происходят при температуре 450…700 °C:

Полученный углекислый газ, реагируя с избытком кокса, вновь превращается в угарный газ:

и процесс продолжается. Он происходит в верхней части домны. Выделяющееся в твёрдом виде железо опускается в нижнюю часть домны, контактирует с коксом, начинает плавиться, так как температура в этой части печи превышает 1300 °C. Кокс, образуя сплав с железом (чугун), понижает температуру плавления железа на 400°; одновременно с этим часть железа образует цементит:

Для предохранения расплавленного железа от окисления в исходную смесь добавляют флюсы. Это известняк, который является поставщиком углекислого газа и, всплывая на поверхность, образует защитную плёнку.

Полученный чугун содержит до 4,5 % углерода, он используется для получения стали. Цель переработки — удаление примесей углерода, фосфора, серы. Готовая сталь должна содержать 0,3…2 % углерода. Кроме того, в сталь вводят различные добавки, которые изменяют её свойства. Так, нержавеющая сталь содержит около 12 % хрома.

Сталь является основным сплавом машиностроения, но легко ржавеет, так как подвергается коррозии (см. урок 8.4).

Выводы

Железо — главный металл нашей цивилизации. Станки, различные машины и механизмы, строительные конструкции, мосты, трубы — всё состоит из железа, точнее, стали или чугуна. Это достаточно активный металл, поэтому легко образует различные соединения, в которых чаще всего проявляет валентность III. Такие соединения имеют обычно красно-коричневую окраску (ржавчина).

himi4ka.ru

Очистка воды от железа растворенного

Существует несколько способов очистки воды от железа растворенного.

Реагентная очистка воды от железа

Принцип работы. Проходя через фильтрующую среду, жидкость посредством окисления освобождается от растворенных соединений: железо, марганец и сероводород переходят в нерастворимую форму и выпадают в осадок. Осадок в дальнейшем вымывается в дренаж при обратной промывке.

Оборудование для реагентной очистки воды от железа:

• Фильтры для очистки воды от железа серии HFI (DMI)
• Фильтры для очистки воды от железа серии HFI (MZ)

После прохождения определенного количества воды (зависит от концентрации загрязнений) емкость фильтрующей загрузки истощается и для восстановления окисляющей способности необходима регенерация.

В качестве реагентов и загрузок оборудования реагентной очистки воды от железа используются следующие материалы:

• Гипохлорит натрия
• Перманганат калия
• Quantum DMI-65
• Manganese Greensand

Безреагентная очистка воды от железа

Принцип работы. При прохождении воды через фильтрующую загрузку сверху вниз, служащей катализатором реакции окисления, происходит переход растворённого в воде железа, марганца и сероводорода в нерастворимую форму и выпадения их в осадок. Выпавший осадок задерживается в слое фильтрующей засыпке и в дальнейшем вымывается в дренаж при обратной промывке.

Оборудование для безреагентной очистки воды от железа:

• Фильтры для очистки воды от железа серии HFI (Birm)

После прохождения определённого объёма воды, в зависимости от её загрязненности, ёмкость фильтрующей загрузки истощается и для восстановления окисляющей способности требуется её регенерация. Промывается такая система очистки воды без применения каких-либо химических реагентов путём взрыхления и последующей отмывки фильтрующего материала исходной водой.

В качестве фильтрующей среды оборудования безреагентной очистки воды от железа используются следующие материалы:

• Birm

Аэрация воды

Принцип работы. Аэрация представляет собой обработку водного потока воздухом, при котором происходит окисление растворенных соединений железа кислородом воздуха и переведение их в окисленную форму, образующую хлопьевидный осадок, легко задерживаемый засыпными осадочными фильтрами. Также при аэрации происходит отдувка из воды летучих примесей, в том числе токсичных и обладающих неприятным запахом, например сероводорода. Применение станций аэрации воды позволяет полностью исключить использование реагентов, что более безопасно в химическом отношении, позволяет отказаться от реагентови связанных с ними эксплуатационных затрат (а также работ с токсичными веществами).

Оборудование для аэрации воды:

• Аэрация воды

Очистка воды от железа нерастворенного

Очистка воды от железа нерастворенного в основном сводится к механической очистке на засыпных фильтрах. Также может присутствовать ультрафильтрация и в некоторых случая обратный осмос при низком содержании нерастворенного железа.

Оборудование для очистки воды от нерастворенного железа:

• Фильтры для очистки воды от железа серии HFM
• Системы ультрафильтрации
• Обратный осмос

www.startplus.ru

Распространенность в природе

Существует довольно большое количество минералов, в состав которых входит феррум. Прежде всего, это магнетит. Он на семьдесят два процента состоит из железа. Его химическая формула — Fe₃O₄. Данный минерал еще называют магнитный железняк. Он обладает светло-серым цветом, иногда с темно-серым, вплоть до черного, с металлическим блеском. Наибольшее его месторождение среди стран СНГ находится на Урале.

Следующий минерал с высоким содержанием железа — гематит — он на семьдесят процентов состоит из данного элемента. Его химическая формула — Fe₂O₃. Его еще называют красным железняком. Он обладает окраской от красно-коричневой до красно-серой. Наибольшее месторождение на территории стран СНГ находится в Кривом Роге.

Третий по содержанию феррума минерал — лимонит. Здесь железа шестдесят процентов от общей массы. Это кристаллогидрат, то есть в его кристаллическую решетку вплетены молекулы воды, его химическая формула — Fe₂O₃•H₂O. Как понятно из названия, данный минерал имеет желто-коричневатый цвет, изредка бурый. Он является одной из главных составляющих природных охр и используется в качестве пигмента. Его также называют бурый железняк. Самые крупные места залегания — Крым, Урал.

В сидерите, так называемом шпатовом железняке, сорок восемь процентов феррума. Его химическая формула — FeCO₃. Его структура неоднородна и состоит из соединенных вместе кристаллов разного цвета: серых, бледно-зеленых, серо-желтых, коричнево-желтых и др.

Последний часто встречающийся в природе минерал с высоким содержанием феррума — пирит. Он обладает такой химической формулой FeS₂. Железа в нем находится сорок шесть процентов от общей массы. Благодаря атомам серы данный минерал имеет золотисто-желтую окраску.

Многие из рассмотренных минералов применяются для получения чистого железа. Кроме того, гематит используют в изготовлении украшений из натуральных камней. Вкрапления пирита могут иметься в украшениях из лазурита. Кроме этого, в природе железо встречается в составе живых организмов — оно является одним из важнейших компонентов клетки. Данный микроэлемент обязательно должен поступать в организм человека в достаточном количестве. Лечебные свойства железа во многом связаны с тем, что данный химический элемент является основой гемоглобина. Поэтому употребление феррума хорошо сказывается на состоянии крови, а следовательно, и всего организма в целом.

Железо: физические и химические свойства

Рассмотрим по порядку два этих больших раздела. Физические свойства железа — это его внешний вид, плотность, температура плавления и т. д. То есть все отличительные черты вещества, которые связаны с физикой. Химические свойства железа — это его способность вступать в реакцию с другими соединениями. Начнем с первых.

Физические свойства железа

В чистом виде при нормальных условиях это твердое вещество. Оно обладает серебристо-серым цветом и ярко выраженным металлическим блеском. Механические свойства железа включают в себя уровень твердости по шкале Мооса. Она равна четырем (средняя). Железо обладает хорошей электропроводностью и теплопроводностью. Последнюю особенность можно ощутить, дотронувшись до железного предмета в холодном помещении. Так как этот материал быстро проводит тепло, он за короткий промежуток времени забирает большую его часть из вашей кожи, и поэтому вы ощущаете холод. Дотронувшись, к примеру, до дерева, можно отметить, что его теплопроводность намного ниже. Физические свойства железа — это и его температуры плавления и кипения. Первая составляет 1539 градусов по шкале Цельсия, вторая — 2860 градусов по Цельсию. Можно сделать вывод, что характерные свойства железа — хорошая пластичность и легкоплавкость. Но и это еще далеко не все.

Также в физические свойства железа входит и его ферромагнитность. Что это такое? Железо, магнитные свойства которого мы можем наблюдать на практических примерах каждый день, — единственный металл, обладающий такой уникальной отличительной чертой. Это объясняется тем, что данный материал способен намагничиваться под действием магнитного поля. А по прекращении действия последнего железо, магнитные свойства которого только что сформировались, еще надолго само остается магнитом. Такой феномен можно объяснить тем, что в структуре данного металла присутствует множество свободных электронов, которые способны передвигаться.

С точки зрения химии

Данный элемент относится к металлам средней активности. Но химические свойста железа являются типичными и для всех остальных металлов (кроме тех, которые находятся правее водорода в электрохимическом ряду). Оно способно реагировать со многими классами веществ.

Начнем с простых

Феррум вступает во взаимодействие с килородом, азотом, галогенами (йодом, бромом, хлором, фтором), фосфором, карбоном. Первое, что нужно рассмотреть, — реакции с оксигеном. При сжигании феррума образуются его оксиды. В зависимости от условий проведения реакции и пропорций между двумя участниками они могут быть разнообразными. Как пример такого рода взаимодействиям можно привести следующие уравнения реакций: 2Fe + O₂ = 2FeO; 4Fe + 3O₂ = 2Fe₂O₃; 3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄. И свойства оксида железа (как физические, так и химические) могут быть разнообразными, в зависимости от его разновидности. Такого рода реакции происходят при высоких температурах.

Следующее — взаимодействие с азотом. Оно также может произойти только при условии нагревания. Если взять шесть молей железа и один моль азота, получим два моля нитрида железа. Уравнение реакции будет выглядеть следующим образом: 6Fe + N₂ = 2Fe₃N.

При взаимодействии с фосфором образуется фосфид. Для проведения реакции необходимы такие компоненты: на три моля феррума — один моль фосфора, в результате образуется один моль фосфида. Уравнение можно записать следующим образом: 3Fe + P = Fe₃P.

Кроме того, среди реакций с простыми веществами можно также выделить взаимодействие с серой. При этом можно получить сульфид. Принцип, по которому происходит процесс образования данного вещества, подобен описанным выше. А именно происходит реакция присоединения. Для всех химических взаимодействий подобного рода нужны специальные условия, в основном это высокие температуры, реже — катализаторы.

Также распространены в химической промышленности реакции между железом и галогенами. Это хлорирование, бромирование, йодирование, фторирование. Как понятно из названий самих реакций, это процесс присоединения к атомам феррума атомов хлора/брома/йода/фтора с образованием хлорида/бромида/йодида/фторида соответственно. Данные вещества широко используются в разнообразных отраслях промышленности. Кроме того, феррум способен соединяться с кремнием при высоких температурах. Благодаря тому что химические свойства железа разнообразны, его часто используют в химической отрасли промышленности.

Феррум и сложные вещества

От простых веществ перейдем к тем, молекулы которых состоят из двух и более различных химических элементов. Первое, что нужно упомянуть, — реакцию феррума с водой. Здесь проявляются основные свойства железа. При нагревании воды вместе с железом образуется основный оксид (называется он так потому, что при взаимодействии с той же водой образует гидроксид, по-другому говоря — основание). Итак, если взять по одному молю обоих компонентов, образуются такие вещества, как диоксид феррума и водород в виде газа с резким запахом — также в молярных пропорциях один к одному. Уравнение такого рода реакции можно записать следующим образом: Fe + H₂O = FeO + H₂. В зависимости от пропорций, в которых смешать эти два компонента, можно получить ди- либо триоксид железа. Оба этих вещества очень распространены в химической промышленности, а также используются во многих других отраслях.

С кислотами и солями

Так как феррум находится левее водорода в электрохимическом ряду активности металлов, он спосособен вытеснять данный элемент из соединений. Примером этому является реакция замещения, которую можно наблюдать при добавлении железа к кислоте. Например, если смешать в одинаковых молярных пропорциях железо и сульфатную кислоту (она же серная) средней концентрации, в результате получим сульфат железа (ІІ) и водород в одинаковых молярных пропорциях. Уравнение такой реакции будет выглядеть таким образом: Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂.

При взаимодействии с солями проявляются восстановительные свойства железа. То есть с помощью него можно выделить менее активный металл из соли. Например, если взять один моль сульфата меди и столько же феррума, то можно получить сульфат железа (ІІ) и чистую медь в одинаковых молярных пропорциях.

Значение для организма

Один из самых распространенных в земной коре химических элементов — железо. Свойства вещества мы уже рассмотрели, теперь подойдем к нему с биологической точки зрения. Феррум выполняет очень важные функции как на клеточном уровне, так и на уровне всего организма. В первую очередь железо является основой такого белка, как гемоглобин. Он необходим для транспорта кислорода по крови от легких ко всем тканям, органам, к каждой клетке организма, в первую очередь к нейронам головного мозга. Поэтому полезные свойства железа невозможно переоценить.

Кроме того что он влияет на кровеобразование, феррум также важен для полноценного функционирования щитовидной железы (для этого нужен не только йод, как некоторые считают). Также железо принимает участие во внутриклеточном обмене веществ, регулирует иммунитет. Еще феррум в особенно большом количестве содержится в клетках печени, так как помогает нейтрализовать вредные вещества. Также он является одним из главных компонентов многих видов ферментов нашего организма. В суточном рационе человека должно содержаться от десяти до двадцати миллиграмм данного микроэлемента.

Продукты, богатые железом

Таких немало. Они есть как растительного, так и животного происхождения. Первые — это злаки, бобовые, крупы (в особенности гречка), яблоки, грибы (белые), сухофрукты, шиповник, груши, персики, авокадо, тыква, миндаль, финики, помидоры, брокколи, капуста, черника, ежевика, сельдерей и др. Вторые — печень, мясо. Употребление продуктов с высоким содержанием железа особенно важно в период беременности, так как организм формирующегося плода требует большого количества данного микроэлемента для полноценного роста и развития.

Признаки недостатка в организме железа

Симптомами слишком маленького количества феррума, поступающего в организм, являются усталость, постоянное замерзание рук и ног, депрессии, ломкость волос и ногтей, снижение интеллектуальной активности, пищеварительные расстройства, низкая работоспособность, нарушения в работе щитовидной железы. Если вы заметили несколько из этих симптомов, то стоит увеличить количество продуктов с содержанием железа в своем рационе либо купить витамины или пищевые добавки с содержанием феррума. Также обязательно нужно обратиться к врачу, если какие-либо из этих симптомов вы ощущаете слишком остро.

Использование феррума в промышленности

Применение и свойства железа тесно связаны. В связи с его ферромагнитностью, его применяют для изготовления магнитов — как более слабых для бытовых целей (сувенирные магниты на холодильник и т. д.), так и более сильных — для промышленных целей. В связи с тем что рассматриваемый металл обладает высокой прочностью и твердостью, его с древности использовали для изготовления оружия, доспехов и других военных и бытовых инструментов. К слову, еще в Древнем Египте было известно метеоритное железо, свойства которого превосходят таковые у обычного металла. Также такое особенное железо использовалось и в Древнем Риме. Из него изготавливали элитное оружие. Щит или меч, выполненный из метеоритного металла, мог иметь только очень богатый и знатный человек.

Вообще, металл, который мы рассматриваем в данной статье, является самым разносторонне используемым среди всех веществ данной группы. Прежде всего, из него изготавливаются сталь и чугун, которые применяются для производства всевозможных изделий, необходимых как в промышленности, так и в повседневной жизни.

Чугуном называется сплав железа и углерода, в котором второго присутствует от 1,7 до 4,5 процента. Если второго меньше, чем 1,7 процента, то такого рода сплав называется сталью. Если углерода в составе присутствует около 0,02 процента, то это уже обыкновенное техническое железо. Присутствие в сплаве углерода необходимо для придания ему большей прочности, термоустойчивости, стойкости к ржавлению.

Кроме того, в стали может содержаться много других химических элементов в качестве примесей. Это и марганец, и фосфор, и кремний. Также в такого рода сплав для придания ему определенных качеств могут быть добавлены хром, никель, молибден, вольфрам и многие другие химические элементы. Виды стали, в которых присутствует большое количество кремния (около четырех процентов), используются в качестве трансформаторных. Те, в составе которых много марганца (вплоть до двенадцати-четырнадцати процентов), находят свое применение при изготовлении деталей железных дорог, мельниц, дробилок и других инструментов, части которых подвержены быстрому стиранию.

Молибден вводят в состав сплава, чтобы сделать его более термоустойчивым — такие стали используются в качестве инструментальных. Кроме того, для получения всем известных и часто используемых в быту в виде ножей и других бытовых инструментов нержавеющих сталей необходимо добавление в сплав хрома, никеля и титана. А для того чтобы получить ударостойкую, высокопрочную, пластичную сталь, достаточно добавить к ней ванадий. При вводе в состав ниобия можно добиться высокой устойчивости к коррозии и воздействию химически агрессивных веществ.

Минерал магнетит, который был упомянут в начале статьи, нужен для изготовления жестких дисков, карт памяти и других устройств подобного типа. Благодаря магнитным свойствам, железо можно найти в устройстве трансформаторов, двигателей, электронных изделий и др. Кроме того, феррум могут добавлять в сплавы прочих металлов для придания им большей прочности и механической устойчивости. Сульфат данного элемента применяют в садоводстве для борьбы с вредителями (наряду с сульфатом меди). Хлориды железа являются незаменимыми при очистке воды. Кроме того, порошок магнетита используется в черно-белых принтерах. Главный способ применения пирита — получение из него серной кислоты. Данный процесс происходит в лабораторных условиях в три этапа. На первой стадии пирит феррума сжигают, получая при этом оксид железа и диоксид серы. На втором этапе происходит превращение диоксида сульфура в его триоксид при участии кислорода. И на завершающей стадии полученное вещество пропускают через водяной пар в присутствии катализаторов, тем самым и получая серную кислоту.

Получение железа

В основном добывают данный металл из двух основных его минералов: магнетита и гематита. Делают это с помощью восстановления железа из его соединений углеродом в виде кокса. Делается это в доменных печах, температура в которых достигает двух тысяч градусов по шкале Цельсия. Кроме того, есть способ восстановления феррума водородом. Для этого необязательно наличие доменной печи. Для осуществления данного метода берут специальную глину, смешивают ее с измельченной рудой и обрабатывают водородом в шахтной печи.

Заключение

Свойства и применение железа разнообразны. Это, пожалуй, самый важный в нашей жизни металл. Став известным человечеству, он занял место бронзы, которая на тот момент была основным материалом для изготовления всех орудий труда, а также оружия. Сталь и чугун во многом превосходят сплав меди с оловом с точки зрения своих физических свойств, устойчивости к механическим воздействиям.

Кроме того, железо на нашей планете более распространено, чем многие другие металлы. Массовая доля его в земной коре составляет почти пять процентов. Это четвертый по распространенности в природе химический элемент. Также данный химический элемент очень важен для нормального функционирования организма животных и растений, прежде всего потому, что на его основе построен гемоглобин. Железо является важнейшим микроэлементом, употребление которого важно для поддержания здоровья и нормальной работы органов. Кроме вышеперечисленного, это единственный металл, который обладает уникальными магнитными свойствами. Без феррума невозможно представить нашу жизнь.

fb.ru

Другие статьи по теме:

Сколько сохнет силиконовый герметик момент Как проверить теплый пол мультиметром Котел газовый baxi инструкция Нужно ли утеплять Давление воды в квартире Buderus страна производитель