Металл железо известен человеку еще с глубокой
Обновлено: 30.06.2024
Железо — один из наиболее распространенных элементов: земная кора содержит около 5% железа. Однако лишь сороковая часть этих запасов сконцентрирована в виде месторождений, пригодных для разработки. Основные рудные минералы железа — магнетит, гематит, бурый железняк и сидерит. Само слово «железо» произошло, как полагают одни ученые, от санскритского «джальжа» — металл, руда. Другие считают, что в основе русского названия лежит другой санскритский корень — «жель», означающий «блестеть», «пылать».
Метеоритное железо
Первое железо, попавшее в руки человека, было не земного, а космического происхождения: железо входило в состав метеоритов, падающих на Землю. Поэтому шумеры называли его «небесной медью», а древние копты — «небесным камнем». В эпоху первых династий Ур в Месопотамии железо именовали ан-бар (небесное железо). Египтяне всегда изображали железные предметы синими — цвета неба. В папирусе Эберса (ранее 1500 г. до н. э.) о нем говорится как о металле небесного изготовления.
Самый крупный железный метеорит был найден в 1920 г. в юго-западной части Африки. Это метеорит «Гоба», весящий 60 т.
О том, что древние люди пользовались вначале именно железом метеоритного происхождения, свидетельствуют распространенные у некоторых народов мифы о богах, сбросивших с неба железные предметы и орудия, — плуги, топоры. Метеоритное железо подвергается ковке в холодном состоянии, поэтому люди начали изготавливать из него простейшие орудия. Метеоритное железо обрабатывали так же, как и медь. При холодной ковке оно приобретает нужную форму и одновременно становится прочнее и тверже, а отжиг в огне снова делает кованый металл мягким.
«Сыродутное» железо
Несмотря на повсеместное использование железа на земле после бронзового века, способ получения его непосредственно из руды не менялся на протяжении 3000 лет, до тех пор, пока в Европе в XIII в. не изобрели доменную печь. Способ этот назывался «сыродутным», так как «сырую» болотную или луговую руду закладывали в обмазанную глиной яму вместе с древесным углем, а затем через отверстие в нижней части ямы дули ручными, а позднее механическими мехами. В результате этого, окись железа превращалась в металл, а пустая порода стекала вниз, а на самом дне печи скапливались зерна железа, которые, слипаясь, образовывали «крицу», то есть рыхлую губчатую массу, пропитанную шлаками. Раскаленную добела крицу вынимали, быстро проковывали, отжимая из нее шлак, и сваривали в монолитный кусок железа лепешкообразной формы.
Само по себе кричное железо являлось сплавом с углеродом, процентное содержание которого не превышало сотых долей. В наше время название железоуглеродистого сплава зависит от пропорций углерода к металлу: если в железе до 2 % углерода, то оно называется сталью. Стоит отметить, что если углерода меньше 0,25 %, то сплав носит название мягкой стали (малоуглеродистой), а по старой терминологии именно она называлась железом. Когда углерода более 2 %, то железный сплав называют чугуном.
Загадка древней колонны
В Дели стоит знаменитая Кутубская колонна весом около 6,5 т, ее высота 7,5 м, диаметр 42 см у основания и до 30 см у верха. Изготовлена она почти из чистого железа (99,72%), чем и объясняется ее долголетие. До сих пор на ней не обнаружено ржавчины. Колонна была воздвигнута в 415 г. в честь царя Чандрагупты II. По народному поверью, у того, кто прислонится к колонне спиной и сведет за ней руки, исполнится заветное желание.
Как же смогли древние металлурги изготовить эту чудную колонну, перед которой бессильно время? Древняя Индия издавна славилась искусством своих металлургов. О выплавке железа в Индии говорится в Ригведах — священных книгах, относящихся примерно к XIII-XII вв. до н. э. Таким образом, ко времени создания колонны металлургия Индии имела, по крайней мере, полуторатысячелетнюю историю, и железо уже стало применяться для изготовления плугов.
По вопросу о способе изготовления замечательной колонны до сих пор нет единого мнения. Некоторые авторы считают, что колонна изготовлена методом сварки отдельных криц массой по 36 кг и последующей их ковкой. По мнению других специалистов, древние металлурги для получения чистого железа растирали губку сварочного железа в порошок и просеивали его. А потом полученный чистый порошок железа нагревали до красного каления и под ударами молота его частицы слипались в одно целое — сейчас это называется методом порошковой металлургии.
Непревзойденный в литье
При доменном процессе получаются три вида чугуна:
- литейный (серый),
- передельный (белый),
- специальный чугун (ферросплавы).
Литье из серого литейного чугуна хорошо работает на сжатие, в два раза слабее на изгиб и в три-четыре раза хуже на растяжение, — эти свойства необходимо учитывать при проектировании художественных изделий, предназначенных под отливку. Серый чугун, благодаря своей высокой коррозийной стойкости, чрезвычайно широко применяется в изготовлении изделий экстерьерного характера: парковых декоративных скульптур, ваз и фонтанов, садовых оград, ворот, надгробных плит и решеток. А долговечность и прочность на истирание делают его незаменимым материалом для ступеней и ограждений лестниц.
Наконец, исключительно высокие литейные свойства позволяют отливать тончайшие ажурные предметы с красивым черно-коричневым цветом. Превосходно получаются из чугуна и мелкие бытовые предметы: пепельницы, дверные ручки, туалетные принадлежности и даже цепочки для часов.
Во кузнице
Сталь — самый распространенный сплав из «семейства» железоуглеродистых. С глубокой древности кузнецы научились получать из железной руды не только мягкое железо, но и высокоуглеродистую сталь. В Древней Руси, например, она вместе с железом шла на изготовление сложноузорчатых сварных клинков мечей, кинжалов и ножей. Технология производства данных видов изделий была невероятно сложной и трудоемкой. Не случайно древнерусские кузнецы почитались как особое привилегированное сословие. А в раннюю языческую эпоху их считали самыми могучими, мудрыми и незаменимыми людьми, ибо сам бог грома и молнии Перун был их покровителем и советчиком.
В древнерусских письменных источниках сталь именуют специальными терминами: «Оцел», «Харолуг» и «Уклад». Говоря о железе и стали, невозможно не упомянуть об еще раз об Индии. Из записей одного арабского географа XII в. можно узнать, что в то время Индия славилась производством железа и стали. Оказывается, сталь эта служила непосредственным сырьем для получения из нее тех сортов булата, которые впоследствии использовали кузнецы Персии, Сирии, и Египта при изготовлении клинков мечей и сабель. И получается, что родиной дамасской стали являлся отнюдь не Дамаск, а Индия.
Металл драгоценнее золота
На Ближнем Востоке и в Китае железо было известно уже за 2400 лет до н. э., а в Египте еще раньше. В Центральной Европе ранний железный век приходится примерно на 1000-450 гг до н. э. Эту эпоху называют гольштаттской по названию города в Австрии, в окрестностях которого археологи нашли много железных предметов.
Одними из первых железо из руды стали получать халибры — легендарный народ, живший в Закавказье около 1500 г. до н. э. В сыродутных горнах железную руду восстанавливали древесным углем и получали ковкое, так называемое кричное железо. В древности у некоторых народов железо ценилось дороже золота. Лишь представители знати могли украшать себя изделиями из железа, причем нередко в золотой оправе.
В Древнем Риме из железа изготавливали даже обручальные кольца. Дошедшие до нас документы рассказывают, что один из египетских фараонов обратился к царю хеттов с просьбой прислать ему железо в обмен на любое количество золота. В египетских гробницах, наряду с другими ценностями, было найдено ожерелье, в котором железные бусы чередовались с золотыми.
Разноцветный металл с узором
Нет ничего необычного в том, что любой из известных нам металлов, подвергаясь какой-либо обработке, может менять цвет. «Палитра» того или иного металла зависит и от степени нагрева, и от самой обработки, и от химических свойств. Но невозможно представить голубое золото или красное серебро. Напротив, железо, а соответственно сталь и чугун во всех своих «ипостасях», имеет несравнимую ни с каким другим металлом цветовую растяжку.
В холодном состоянии оно может быть серым, черным, почти белым, голубым, и синим, золотистым и красноватым. Более того, железо является единственным металлом, который может сам себя украшать декоративным орнаментом, проступающим как бы изнутри. Варианты этого фактурного орнамента бесконечны, и их нельзя причислить ни к одному из общеизвестных, так как этот рисунок рождается самим металлом.
История открытия железа
Древний мир
Крупнейшим достижением человечества, вызвавшим бурный рост производительных сил, явилось получение и применение железа. Железо окончательно вытеснило каменные орудия, чего не могли сделать ни медь, ни бронза. В чем же заключались преимущества железных орудий труда перед орудиями труда из камня и бронзы?
Когда появилось железо?
В Китае железо было известно уже в 2357 году до н.э., а в Египте — в 2800 году до н.э., хотя в Египте еще в 1600 г. до н.э. на железо смотрели как на диковину. В эти времена оно еще не получило широкого распространения. Железный век в Европе начался приблизительно за 1000 лет до н.э., когда на берега Средиземного моря проникло искусство получения железа.
Правда, следует отметить, что с чистым железом люди познакомились еще в эпоху энеолита, однако никакого практического значения этот факт тогда не имел. Дело в том, что в чистом виде железо в природе встречается в метеоритах. Эти падающие с неба куски металла стали предметом культа у некоторых народов: они встречаются при раскопках ряда стоянок.
Как добывали железо в древности?
В отличие от меди и олова, железо в древности добывалось повсюду из озерных, болотистых, луговых и других руд, которые в настоящее время уже не имеют большого практического значения.
Сыродутный способ получения железа
Одним из величайших изобретений человечества был сыродутный процесс получения железа. При этом процессе восстановление железа из руды достигается при температуре 900°. Для получения железа сыродутным способом:
- руда дробилась и затем обжигалась на открытом огне;
- после этого в ямах или небольших глиняных печах производилось восстановление металла.
Для восстановления металла в горн добавлялся древесный уголь и нагнетался воздух.
В результате процесса на дне глиняной печи образовывалась так называемая крица — комок пористого тестообразного и сильно загрязненного железа весом от 1 до 8 кг, который затем было необходимо подвергать многократной горячей проковке. После этого из нее изготавливали различные орудия труда и оружие.
Изобретение кожаных мехов
Кожаные меха, которыми нагнетался воздух в горны, были изобретены для ускорения плавки меди. Для сыродутного процесса кожаные меха стали совершенно необходимы, без них люди не смогли бы получать железо.
Впервые усовершенствованная искусственная воздуходувка появилась в Египте около 1580 г. до н.э.
Кричное железо
Кричное железо, которое получалось в результате сыродутного процесса, отличалось мягкостью, однако еще в древности был открыт способ получения более твердого металла. Для этого применялось сваривание, а также закалка железных изделий или их цементация.
Способ получения сварного железа, а также методы поверхностной закалки, по-видимому, были впервые применены в 1400 г. до н.э. в Армении, в небольшом местечке Шохдок-Карадаг, расположенном к северо-востоку от горы Арарат.
Здесь имелись богатые залежи железных руд, так называемых гематитов, а также запасы топлива в виде обширных лесных массивов. Жители этого района начали выплавлять железо, основываясь на опыте разработки и плавки медных руд.
Выплавляемое в Закавказье железо шло в Месопотамскую долину, в Шумерийское государство, в страны, расположенные в Передней Азии, а оттуда — и в Египет.
Несколько позже возникли и другие центры выделки железа. Стремление иметь более прочные орудия труда и оружие привело к открытию метода производства стали. Уже в античном мире начиная с первой половины I тысячелетия до н.э. сталь широко использовалась для изготовления орудий труда и оружия.
Греческие авторы в своих работах различают понятия железа, которое они называли «сидеро», и стали, которую они называли «халипс». Это название происходило от народа халипсов, жившего в то время на юго-восточном берегу Черного моря.
Применение железа в древности
Железо очень скоро проникло во все области производства, быта и военного дела, так как улучшение способов выплавки сделало его дешевым металлом. Оно в буквальном смысле произвело переворот во всех областях производства.
Распространение железа оказало влияние и на такие отрасли хозяйства, как рыболовство, охота и др. Важную роль железо сыграло и в изменении методов обработки дерева. Дерево в древности являлось основным материалом для строительства домов, сооружения средств передвижения по суше и воде, изготовления разнообразной утвари и т. д. Поэтому усовершенствование методов обработки дерева при помощи железных инструментов позволило поднять производительность труда в строительном деле.
Распространение железной металлургии и железных орудий привела человечество к последнему периоду первобытной истории, который Ф. Энгельс характеризует как эпоху «железного меча, а вместе с ним – железного плуга и топора». (К. Маркс, Ф. Энгельс, Избранные произведения, т. II, стр. 295). Безусловно, выплавка железа — одно из крупнейших достижений человечества.
Роль железа в земледелии
Овладение железом способствовало развитию земледелия. Железный топор и соха с железным лемехом способствовали расширению обработки земли. Железные орудия обеспечили обработку полей не только в безлесных, но и в лесных местах, где приходилось предварительно вырубать деревья.
Вместе с распространением железа земледелие превратилось в важную отрасль производства. Развитие земледелия отразилось и на характере скотоводства, которое либо превратилось в дополнение к земледелию, либо развивалось в самостоятельную отрасль — кочевое скотоводство.
ВПР по химии 11 класс
Из курса химии Вам известны следующие способы разделения смесей: отстаивание, фильтрование, дистилляция (перегонка), действие магнитом, выпаривание, кристаллизация. На рисунках 1–3 представлены примеры использования некоторых из перечисленных способов.
Какие из названных способов разделения смесей можно применить для очищения:
1) смеси железного и алюминиевого порошка;
Запишите в таблицу номер рисунка и название соответствующего способа разделения смеси.
Номер рисунка
Способ разделения смеси
Смеси железного и алюминиевого порошка
2. Задание 2
На рисунке изображена модель электронного строения атома некоторого химического элемента.
На основании анализа предложенной модели выполните следующие задания:
1) определите химический элемент, атом которого имеет такое электронное строение;
2) укажите номер периода и номер группы в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, в которых расположен этот элемент;
3) определите, к металлам или неметаллам относится простое вещество, которое образует этот химический элемент.
Ответы запишите в таблицу.
3. Задание 3
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева — богатое хранилище информации о химических элементах, их свойствах и свойствах их соединений, о закономерностях изменения этих свойств, о способах получения веществ, а также о нахождении их в природе. Например, известно, что с увеличением порядкового номера химического элемента в периодах электроотрицательность атомов увеличивается, а в группах — уменьшается.
Учитывая эти закономерности, расположите в порядке уменьшения электроотрицательности следующие элементы:В ответе укажите обозначения элементов разделяя &. Например, 11&22.
4. Задание 4
В приведённой ниже таблице перечислены характерные свойства веществ, которые имеют молекулярное и ионное строение.
Характерные свойства веществ
— при обычных условиях имеют жидкое, газообразное и твёрдое агрегатное состояние;
— имеют низкие значения температур кипения и плавления;
— имеют низкую теплопроводность
— твёрдые при обычных условиях;
— в расплавах и растворах проводят
Используя данную информацию, определите, какое строение имеют вещества йодоводород кальцияЗапишите ответ в отведённом месте:
1) йодоводород
2) карбонат кальция
5. Задание 5
Сложные неорганические вещества можно классифицировать по четырём группам, как показано на схеме. В эту схему для каждой из четырёх групп впишите по одной химической формуле веществ из числа тех, о которых говорится в приведённом тексте.
Химические формулы запишите в таблицу в следующем формате: Al2(SO4)3.
Сложные вещества
Прочитайте следующий текст и выполните задания 5—7.
Металл железо известен человеку ещё с глубокой древности. Использовать изделия из него начали ещё в начале 1-го тысячелетия до н. э. В Древнем Египте железо называли «небесный металл», его древнегреческое название означает «звёздный», а древнеримское переводится как «капнувший с неба». Такое название металла объяснялось очень просто: в древности люди не умели добывать соединения железа и получать из них металл, а использовали только метеоритное железо, то есть буквально железо, упавшее с неба. Широкое использование железа не прекращается и в настоящее время. Известно, что в самородном виде в природе железо практически не встречается, однако его соединения, такие как гематит и пирит, широко распространены. Из этих соединений металл и получают в настоящее время. Один из способов получения железа заключается в восстановлении его оксида под действием оксида углерода (II) ) приводит к образованию солей, которые также широко применяются. Так, например хлорид железа (III) используется при окрашивании ткани и шерсти, в сельском хозяйстве и в медицине. При взаимодействии сульфата железа (II) с гидроксидом калия . Это соединение используется при изготовлении железо-никелевых аккумуляторов.
6. Задание 6
1) Составьте молекулярное уравнение реакции железа с кислородом с образованием гематита.
2) Укажите, является ли эта реакция окислительно-восстановительной или она протекает без изменения степеней окисления.
7. Задание 7
1) Составьте молекулярное уравнение упомянутой в тексте реакции между сульфатом железа (II) и гидроксидом калия.
2) Укажите признак реакции, протекающей между сульфатом железа (II) и гидроксидом калия.
8. Задание 8
При исследовании минерализации бутилированной воды в ней были обнаружены следующие анионы: , , . Для проведения качественного анализа к этой воде добавили раствор .
1. Какое изменение наблюдается при проведении описанного опыта? (Концентрация веществ достаточна для проведения анализа).
2. Запишите сокращённое ионное уравнение протекающей химической реакции.
9. Задание 9
Дана схема окислительно-восстановительной реакции:
1. Составьте электронный баланс этой реакции.
2. Укажите окислитель и восстановитель.
3. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции.
10. Задание 10
Дана схема превращений:
Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения.
11. Задание 11
Из приведённого перечня выберите вещества, которые соответствуют указанным в таблице классам/группам органический соединений. Запишите номера этих веществ в соответствующие графы таблицы.
12. Задание 12
В предложенные схемы химических реакций впишите структурные формулы пропущенных веществ, выбрав их из приведённого выше перечня, и расставьте коэффициенты.
13. Задание 13
Изопропиловый спирт благодаря низкой токсичности используется в качестве растворителя в косметике, парфюмерии, бытовой химии, в средствах для очистки стёкол, оргтехники и т. п. Изопропиловый спирт можно получить в соответствии с приведённой схемой превращений:
Выберите из предложенного перечня вещество Х и запишите уравнения двух реакций, с помощью которых можно осуществить эти превращения. При написании уравнений реакций используйте структурные формулы органических веществ. Запишите название вещества Х.
14. Задание 14
Одним из важных понятий в экологии и химии является «предельно допустимая концентрация» (ПДК). ПДК — это такая концентрация вредного вещества в окружающей среде, присутствуя в которой постоянно, данное вещество не оказывает в течение всей жизни прямого или косвенного неблагоприятного влияния на настоящее или будущее поколение, не снижает работоспособности человека, не ухудшает его самочувствия и условий жизни.
ПДК акролеина в воздухе рабочей зоны составляет 0,2 мг/м 3 .
В рабочем помещении одного из ресторанов быстрого питания площадью 32 м 2 и высотой потолка 3,2 м в процессе длительной тепловой обработки жира в воздух выделилось 25,6 мг акролеина. Определите и подтвердите расчётами, превышает ли концентрация акролеина в воздухе данного помещения значение ПДК. Предложите способ, позволяющий снизить концентрацию акролеина в помещении.
15. Задание 15
Раствор формальдегида зачастую используют в медицине как антисептик. Чему равен объём (н. у.) формальдегида, который потребуется для получения 1 л формалина ( = 1,11 г/мл) с массовой долей формальдегида 10%? (Ответ дайте с точностью до десятых).
Читайте также: