Чем железо отличается от металла


В чем разница между железом и металлом

Часто данные понятия отождествляются. Все предметы бытового назначения, садовый инвентарь, металлические конструкции называются железными, или металлическими. Правильно ли употреблять такие обозначения? Попробуем разобраться.

Что такое металл

Это вещество. Характеризуется:

  • Электропроводностью.
  • Теплопроводностью.
  • Блеском.
  • Определённой твёрдостью.
  • Температурой плавления.
  • Плотностью.
  • Ковкостью.
  • Пластичностью.

Таких материалов много: медь, алюминий, свинец, цинк, а также многие другие. Все они имеют черты сходства. Обладают теплопроводностью, электропроводностью, металлическим блеском. Остальные характеристики различаются.

Что такое железо

Это химический элемент периодической системы. Ему присвоен порядковый номер 26. По отношению к другим элементам ведёт себя как восстановитель. Образует простые, а также сложные вещества.

Феррум в организме человека

Химический элемент образует белок крови гемоглобин. В крови содержится до 80% железа. Придаёт ей красный цвет, транспортирует кислород по организму. Ещё 20% откладывается в печени и селезёнке, как резерв. В небольших количествах феррум встречается в тканях. Необходим элемент для нормального функционирования других
белков, ферментов, гормонов. Потребность в железе у мужчин меньше, чем у женщин. Поступает в организм с продуктами:

  1. Мясом.
  2. Бобовыми.
  3. Рыбой.
  4. Зеленью.

Легче усваивается железо, содержащееся в мясе.

Простое вещество железо

В чистом виде не встречается, благодаря своей активности. Образует оксиды, соли. Получают его процессом восстановления углеродом, или другими восстановителями. Из солей выделяют электролизом водных растворов. Имеет характеристики:

  • Серебристо-белого цвета.
  • Ковкое, пластичное.
  • Электропроводное.
  • Теплопроводное.
  • Намагничивается.

Устойчив против коррозии, то есть ржавления. Железо, измельчённое до очень тонкого состояния, самовозгорается на воздухе.

К этому же материалу относят сплавы на основе феррума, с низким содержанием примесей. Основные свойства в сплавах сохраняются. Поэтому они применяются для изготовления разнообразной продукции, от ложек, до техники, объёмных металлических конструкций. К сплавам относят:

  1. Чугун.
  2. Сталь.

Наибольшего применения нашла сталь. Основная примесь сплава – углерод. Он придаёт твёрдость материалу. Сейчас изготовляются легированные стали. При их плавке добавляются цветные металлы: никель, цинк, вольфрам и другие. В результате получают сталь с заранее заданными свойствами, так как влияние каждого компонента на свойства сплава изучены.

Ценные характеристики железа, сплавов на его основе, делают их очень востребованными.

Что общего между железом и металлом

Любые материалы металлического строения имеют одинаковое строение. Под строением понимается расположение частиц: атомов, ионов. Обязательной чертой для них является присутствие свободных электронов. Благодаря этому все металлы проводят тепло, электрический ток, а также имеют блеск.

Чем отличаются

Металл и химический элемент

Вещество можно увидеть, потрогать, охарактеризовать его физические свойства. Их можно использовать для изготовления различной продукции. Вступая в химические реакции, вещества утрачивают свои прежние характеристики, приобретают новые. Химический элемент – это совокупность атомов определённого строения. Атомы – мельчайшие частицы вещества, поэтому увидеть, потрогать их нельзя. Соединяясь друг с другом, атомы образуют простые вещества.

Металл и железо, как простое вещество

Железо проявляет все свойства, характерные для металлов. Но имеет чёткие характеристики свойств:

  • Так температура его плавления 1539 градусов.
  • Намагничивается, может долгое время сохранять данное свойство.
  • Для него характерно явление изотопии. Существует в четырёх модификациях, отличающихся внутренним расположением частиц.
  • При высокой температуре, влажной атмосфере легко ржавеет. Покрывается при этом рыхлым слоем гидроксида, оксида, которые не препятствуют дальнейшему разрушению изделия.
  • Относится к металлам средней активности. Реагирует с простыми и сложными веществами, проявляя восстановительные свойства.
  • В реакциях может иметь разные степени окисления. Она зависит от реагента.
  • Взаимодействует с неметаллами, кислотами, солями.

Чистое вещество и технический сплав

В чистом виде железо пластичное, ковкое, мягкое. Технический сплав более твёрдый, так как содержит углерод. Содержание его незначительное. Кроме углерода содержатся:

  • Сера.
  • Марганец.
  • Фосфор.
  • Кремний.

Первое устойчиво к коррозии, второе ржавеет во влажном воздухе. Чтобы предотвратить разрушение изделий из железа, используют:

  1. Покрытие их другим, более активным металлом.
  2. Покрытие лаками и красками.
  3. Использование ингибиторов (среды, замедляющей процесс ржавления).
  4. Протекторную защиту (соприкосновение с конструкцией из более активного металлического материала).

Чистое вещество – это метеоритное железо. Считается, что феррум составляет основу ядра планеты Земля, встречается в мантии, земной коре. Весь металл, идущий на изготовление массовой продукции, представляет собой сталь.

Метеоритное железо

Элемент, а также простое вещество играет важную роль в жизни человека. Занимает четвёртое место по распространённости среди химических элементов. Используется с давних времён. Среди всего многообразия металлических материалов, остаётся самым важным и востребованным.

Как работают чугун и сталь

Если бы вы проследили генетический след человечества на протяжении тысячелетий, вы бы обнаружили, что примитивные существа пытаются найти плацдарм на первозданной Земле. Не обладая естественными физическими преимуществами других животных, это чудо, что люди вообще смогли выбраться из кайнозойской эры. Конечно, у Homo sapiens было одно преимущество перед всеми другими животными: способность создавать и использовать инструменты. Хотя им не хватало львиных зубов и когтей или оленьих рогов, они научились создавать собственное оружие из окружающего мира.

Самые старые известные инструменты датируются 2,6 миллиона лет назад, когда люди использовали фасонный камень для выполнения множества задач [источник: Британская энциклопедия]. В конце концов, заостренный камень потенциально может разрезать, колоть, царапать, колотить и бить дубинкой. Со временем люди начали специализировать свои инструменты, создавая все, от наконечников стрел до пестов для измельчения зерна. Тем не менее, камень - хрупкая, негибкая среда. В конце концов, они смогли определить более прочные и ковкие элементы и их сплавы: сначала медь, затем бронзу и железо.Вместо того, чтобы отслаиваться или ломаться под действием тупой силы, они оказались пластичными.

Объявление

Если бы вам пришлось назвать технологии, которые оказали наибольшее влияние на современное общество, очистка элемента тяжелого металла железа должна была бы быть на пике. Железо - это огромное количество современных продуктов. особенно богатый углеродом товарный чугун, который мы называем сталью . Машины, тракторы, мосты, поезда (и их рельсы), инструменты, небоскребы, пушки и корабли - все зависит от железа и стали, которые делают их сильными.Железо настолько важно, что примитивные общества оцениваются по тому моменту, когда они учатся его очищать. Отсюда и произошла классификация «железного века».

Вы когда-нибудь задумывались, как люди очищают железо и сталь? Вы, наверное, слышали о железной руде, но как превратить каменную плиту в набор хирургических инструментов из нержавеющей стали или в локомотив? В этой статье вы узнаете все о железе и стали.

.

Железной руды | HowStuffWorks

До того, как многие древние цивилизации начали переходить от своего бронзового века к железному веку, некоторые изготовители инструментов уже создавали железные орудия из космического источника: метеоритов. Называемое египтянами «черной медью», метеоритное железо не из тех веществ, которые можно найти в огромных консолидированных местах. Скорее, мастера находили его кусочки и куски, разбросанные на огромных расстояниях. Поэтому этот небесный металл в основном использовался украшения и украшения.В то время как кузнецы иногда использовали метеоритное железо для изготовления мечей, это ценное оружие обычно относилось к людям великой власти, таким как халифы седьмого века, чьи клинки, как говорили, были выкованы из того же материала, что и Святой Черный Камень Мекки [источник : Рикард].

Большая часть земного железа, однако, содержится в железной руде . Необработанная руда, добываемая прямо из земли, представляет собой смесь собственно руды и рыхлой земли, называемой пустой породой .Собственно руду обычно можно отделить путем измельчения сырой руды и простого смывания более легкой почвы. Однако собственно руду разложить сложнее, поскольку она представляет собой химическое соединение карбонатов, гидратов, оксидов, силикатов, сульфидов и различных примесей.

Объявление

Чтобы добраться до кусков железа в руде, вам нужно выплавить руды. При плавке руда нагревается до тех пор, пока металл не станет губчатым, а химические соединения в руде не начнут разрушаться.Наиболее важно то, что он выделяет кислород из железной руды, которая составляет высокий процент обычных железных руд.

Самая примитивная установка, используемая для плавки железа, - это кривая . Там кузнец сжигает древесный уголь с железной рудой и хорошим запасом кислорода (с помощью сильфона или воздуходувки). Древесный уголь - это чистый углерод. Углерод соединяется с кислородом, образуя углекислый газ и окись углерода (выделяя при этом много тепла). Углерод и окись углерода соединяются с кислородом железной руды и уносят его, оставляя железо металлическое.

В цветочном горшке огонь недостаточно горячий, чтобы полностью расплавить железо. Вместо этого железо нагревается до образования губчатой ​​массы, содержащей железо и силикаты из руды. Нагревание и удары молотком по этой массе (называемой блюмом) вытесняют примеси и смешивают стекловидные силикаты с металлическим железом с образованием кованого железа . Кованое железо выносливо и с ним легко работать, что делает его идеальным для создания инструментов.

Изготовители инструментов и оружия научились плавить медь задолго до того, как железо стало доминирующим металлом.Археологические данные свидетельствуют о том, что кузнецы на Ближнем Востоке выплавляли железо еще в 2500 году до нашей эры, хотя прошло более тысячи лет, прежде чем железо стало доминирующим металлом в регионе.

Для создания железа более высокого качества кузнецам требуются печи лучшего качества. Технология постепенно развивалась на протяжении веков. К середине 1300-х годов более высокие печи и сильфоны с ручным управлением позволяли европейским печам гореть достаточно сильно, чтобы не только размягчать железо, но и плавить его.

.

Преимущества железа | HowStuffWorks

Железо - невероятно полезное вещество. Он менее хрупкий, чем камень, по сравнению с деревом или медью, но чрезвычайно прочен. При правильном нагревании железу относительно легко придать различные формы, а также очистить его с помощью простых инструментов. Если говорить об этих инструментах, то в отличие от дерева, железо может выдерживать высокие температуры, что позволяет нам строить из него все, от щипцов для огня до печей. В отличие от большинства веществ, вы также можете намагничивать железо, что делает его полезным при создании электродвигателей и генераторов.Наконец, не стоит беспокоиться о нехватке железа. Земная кора состоит на 5 процентов из железа, а в некоторых районах элемент концентрируется в рудах, содержащих до 70 процентов железа.

Если сравнить железо и сталь с чем-то вроде алюминия, то можно понять, почему это было так важно исторически. Чтобы очистить алюминий, вам нужен доступ к огромному количеству электроэнергии. Кроме того, чтобы придать алюминию форму, его нужно либо отлить, либо выдавить. А вот железом манипулировать гораздо проще.Этот элемент был полезен людям на протяжении тысяч лет, в то время как алюминий действительно не существовал сколько-нибудь значимо до 20 века.

Объявление

К счастью, железо можно относительно легко создать с помощью инструментов, которые были доступны в примитивных обществах. Скорее всего, наступит день, когда люди станут настолько технологически продвинутыми, что железо будет полностью заменено алюминием, пластиком и такими вещами, как углеродные и стеклянные волокна. Но прямо сейчас экономическое уравнение дает дешевому чугуну и стали огромное преимущество перед этими гораздо более дорогими альтернативами.

Единственная реальная проблема с железом и сталью - это ржавчина. К счастью, вы можете контролировать ржавчину, покрасив, оцинковав, хромировав железо или нанеся на железо расходный анод , который корродирует быстрее, чем более прочный металл. Думайте об этом последнем варианте как о найме телохранителя, который пристрелит президента. Более активный металл должен почти полностью подвергнуться коррозии, прежде чем менее активный чугун или сталь начнет процесс.

Люди нашли бесчисленное множество применений железа, от столярных инструментов и кулинарного оборудования до сложных машин и орудий пыток.Однако, прежде чем железо можно будет использовать для любого из этих применений, его необходимо добыть из земли.

.

Железо (элемент) - факты, история, где оно найдено и как используется

Железо - от важнейшего строительного элемента из стали до питательных растений и помощи в переносе кислорода в кровь - оно всегда помогает поддерживать жизнь на Земле.

Железо - хрупкое твердое вещество, классифицируемое как металл группы 8 Периодической таблицы элементов. Самый распространенный из всех металлов, его чистая форма быстро корродирует от воздействия влажного воздуха и высоких температур. Железо также является четвертым по весу элементом земной коры, и большая часть ядра Земли, как полагают, состоит из железа.По данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, помимо того, что он обычно встречается на Земле, его много на солнце и звездах. Согласно лаборатории Джефферсона, железо имеет решающее значение для выживания живых организмов. В растениях он играет роль в производстве хлорофилла. У животных это компонент гемоглобина - белка в крови, который переносит кислород из легких в ткани организма.

По данным Королевского химического общества, 90 процентов всего металла, который очищается в наши дни, составляет железо.Большая часть его используется для производства стали - сплава железа и углерода - которая, в свою очередь, используется в производстве и гражданском строительстве, например, для изготовления железобетона. Нержавеющая сталь, содержащая не менее 10,5% хрома, обладает высокой устойчивостью к коррозии. Он используется в кухонных столовых приборах, бытовой технике и посуде, такой как сковороды и сковороды из нержавеющей стали. Добавление других элементов может придать стали другие полезные качества. Например, никель увеличивает его прочность и делает его более устойчивым к нагреванию и кислотам; По данным лаборатории Джефферсона, марганец делает его более долговечным, а вольфрам помогает сохранять твердость при высоких температурах.

Только факты

  • Атомный номер (число протонов в ядре): 26
  • Атомный символ (в Периодической таблице элементов): Fe
  • Атомный вес (средняя масса атома): 55,845
  • Плотность : 7,874 грамма на кубический сантиметр
  • Фаза при комнатной температуре: твердое вещество
  • Точка плавления: 2800,4 градуса по Фаренгейту (1538 градусов Цельсия)
  • Точка кипения: 5181,8 F (2861 C)
  • Количество изотопов (атомов одного элемента с другое количество нейтронов): (укажите количество стабильных изотопов): 33 Стабильные изотопы: 4
  • Наиболее распространенные изотопы: Железо-56 (естественное содержание: 91.754 процента)

(Изображение предоставлено Грегом Робсоном / Creative Commons, Андрей Маринкас Shutterstock)

История и свойства железа

Археологи подсчитали, что люди использовали железо более 5000 лет, согласно Jefferson Lab. На самом деле оказывается, что часть самого древнего железа, известного человеку, буквально упала с неба. В исследовании, опубликованном в 2013 году в Journal of Archeological Science, исследователи изучили древние египетские железные бусины, датируемые примерно 3200 годом до н.С. и обнаружил, что они были сделаны из железных метеоритов. По данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, Ветхий Завет в Библии также неоднократно упоминает железо.

Железо в основном получают из минералов гематита и магнетита. По данным лаборатории Джефферсона, в меньшей степени его также можно получить из минералов таконита, лимонита и сидерита. По данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, у железа есть четыре различных аллотропных формы, а это означает, что у него есть четыре различных структурных формы, в которых атомы связываются по-разному.Эти формы называются ферритами, известными как альфа (магнитная), бета, гамма и омега.

Железо - важное питательное вещество в нашем рационе. Дефицит железа, наиболее распространенный вид недостаточности питания, может вызывать анемию и усталость, что влияет на способность выполнять физическую работу у взрослых. По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, он также может ухудшить память и другие психические функции у подростков. CDC предупреждает, что женщины, у которых наблюдается дефицит железа во время беременности, подвергаются повышенному риску рождения маленьких и ранних детей.

Существует два типа диетического железа: гемовое и негемовое. Гемовое железо, которое является наиболее легко усваиваемым типом железа, содержится в мясе, рыбе и птице, тогда как негемовое железо, которое также абсорбируется, но в меньшей степени, чем гемовое железо, содержится в обеих растительных продуктах (например, шпинат, капуста и брокколи) и мясо, согласно данным Американского Красного Креста. Люди поглощают до 30 процентов гемового железа по сравнению с 2-10 процентами негемового железа, сообщает ARC, добавляя, что продукты, богатые витамином С, такие как помидоры или цитрусовые, могут помочь людям усваивать негемовое железо.

Кто знал?

  • По данным Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, кровь имеет красный цвет из-за взаимодействия железа и кислорода. Кровь выглядит красной из-за того, как химические связи между двумя элементами отражают свет.
  • По данным Денверского университета, чистое железо на самом деле мягкое и податливое.
  • В 2007 году исследователи обнаружили огромный шлейф богатой железом воды, исходящей из гидротермальных источников в южной части Атлантического океана.
  • Железо необходимо для роста фитопланктона - крошечных морских бактерий, которые используют углекислый газ из атмосферы в качестве топлива для фотосинтеза. Поэтому некоторые исследователи утверждают, что удобрение океанов дополнительным количеством железа может помочь поглотить избыток углекислого газа. Но исследование, опубликованное в Интернете в ноябре 2010 года в Proceedings of the National Academy of Sciences, показало, что это может быть не такой уж и хорошей идеей, поскольку все это дополнительное железо может фактически вызвать рост токсин-продуцирующих водорослей, которые способствуют загрязнению морских дикая природа.
  • По данным Королевского химического общества, около 90 процентов всего металла, который сегодня очищается, составляет железо.
  • По данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, железо является важнейшим компонентом метеоритов, известных как сидериты.
  • По данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, железный столб, датируемый примерно 400 годом нашей эры, все еще стоит в Дели, Индия. Высота столба составляет около 23,75 футов (7,25 метра), а диаметр - 15,75 дюйма (40 сантиметров). Несмотря на погодные условия, столб не сильно корродировал благодаря уникальному составу металлов.
  • Примеры продуктов, богатых железом, включают мясо, такое как говядина, индейка, курица и свинина; морепродукты, такие как креветки, моллюски, устрицы и тунец; овощи, такие как шпинат, горох, брокколи, сладкий картофель и стручковая фасоль; хлеб и крупы, такие как хлопья с отрубями, цельнозерновой хлеб и обогащенный рис; другие продукты, такие как фасоль, чечевица, томатная паста, тофу и патока, по данным американского Красного Креста.
  • Согласно Nature, поверхность Марса имеет красный цвет из-за большого количества оксида железа (ржавчины) на ее поверхности.В коре Марса более чем в два раза больше оксида железа, чем на Земле.
  • Твердое внутреннее и жидкое внешнее ядро ​​Земли в основном состоят из железа (примерно 85 процентов и 80 процентов по весу соответственно). По данным НАСА, электрический ток, генерируемый жидким железом, создает магнитное поле, защищающее Землю. Железо также содержится в ядрах всех планет Солнечной системы.
  • Железо - самый тяжелый элемент, образующийся в ядрах звезд, согласно JPL.Элементы тяжелее железа могут быть созданы только при взрыве звезд большой массы (сверхновых).
  • Латинское название железа - ferrum, которое является источником его атомного символа Fe.
  • Слово «железо» происходит от англосаксонского слова iren. Слово «железо», возможно, происходит от более ранних слов, означающих «святой металл», потому что оно использовалось для изготовления мечей, используемых в крестовых походах, согласно WebElements.

Текущее исследование

Железо было предметом многочисленных медицинских исследований, некоторые из которых показывают, что высокий уровень железа в крови может быть связан с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний.«Есть некоторые исследования, предполагающие, что люди, у которых больше ферритина в системе крови и маркеры более высокого содержания железа в организме, могут быть более подвержены риску некоторых сердечно-сосудистых заболеваний», - сказала Джудит Вайли-Розетт, профессор кафедры эпидемиологии. здоровье населения и факультет медицины Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна Университета Иешива в Нью-Йорке. «И вызывает ли это риск или это биомаркер чего-то еще, неясно», - сказала Уайли-Розетт Live Science.(Ферритин - это тип белка, который накапливает железо, а тест на ферритин измеряет количество железа в крови.)

В исследовании, проведенном с участием более 1900 финских мужчин в возрасте от 42 до 60 лет, опубликованном в 1992 г. , исследователи обнаружили связь между высоким уровнем железа и повышенным риском сердечного приступа. В более недавнем исследовании, опубликованном в январе 2014 года в журнале Journal of Nutrition, исследователи обнаружили, что гемовое железо, обнаруженное в мясе, увеличивает риск ишемической болезни сердца на 57 процентов, но такой связи между негемовым железом и риск ишемической болезни сердца.

Интересно, что недавние исследования также связали накопление железа в головном мозге с болезнью Альцгеймера. В исследовании, опубликованном в августе 2013 года в Journal of Alzheimer's Disease, исследователи обнаружили, что количество железа в гиппокампе - области мозга, связанной с формированием воспоминаний - было увеличено и связано с повреждением тканей в области гиппокампа у людей. с болезнью Альцгеймера, но не у здоровых пожилых людей.

«Накопление железа в головном мозге может зависеть от изменения факторов окружающей среды, таких как количество потребляемого нами красного мяса и пищевых добавок с железом, а у женщин - гистерэктомии перед менопаузой», - автор исследования докторДжордж Барцокис, профессор психиатрии в Институте неврологии и поведения человека им. Семела при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, заявил в своем заявлении.

Дефицит железа также связан с депрессией, согласно исследованию 2017 года, опубликованному в Journal of Psychiatric Research группой австралийских исследователей, которые пытались найти связь между генетикой, уровнем железа и депрессией, особенно у подростков. Исследователи обнаружили, что, хотя существует связь между уровнем железа в кровотоке и степенью депрессии, нет никаких доказательств генетической связи между ними.Исследователи использовали данные исследований близнецов и рассмотрели множество факторов при сравнении близнецов-подростков со взрослыми близнецами. Связь между уровнем железа и депрессией чаще всего наблюдается в периоды времени, когда организму требуется большее количество железа, например, во время всплесков роста.

В статье 2017 года, опубликованной в European Journal of Nutrition исследовательской группой из Ирана, описывается исследование, в котором препараты железа давались новым, не страдающим анемией матерям с послеродовой депрессией (PPD).Группа из 70 женщин начала двойное слепое испытание через неделю после родов, и через шесть недель сравнили симптомы PPD. Группа, принимавшая добавку железа, испытала значительно большее улучшение симптомов PPD, чем группа, принимавшая плацебо.

Дополнительная информация от Рэйчел Росс, участника Live Science

.

Смотрите также