Железо - Iron


Из Википедии, свободной энциклопедии

Железо,   26 Fe
Чистые чипы железа с железом куба высокой чистоты
Железо
Внешность блестящие металлические с сероватым оттенком
Стандартный атомный вес г, станд (Fe) , 55,845 (2)
Железо в таблице Менделеева
водород гелий
литий бериллий бор углерод азот кислород Фтор неон
натрий магниевый алюминий кремний фосфор сера хлор аргон
калий кальций Скандий титан Ванадий хром марганца Железо кобальт никель медь цинк галлий германий мышьяк Селен Бром криптон
Рубидий стронций Иттрий Цирконий ниобий молибден технеций Рутений Родий палладий Серебряный Кадмий Индий Банка сурьма Теллур йод ксенон
цезий барий Лантан церий празеодимий неодим Прометий Самарий европий гадолиний тербий диспрозий Holmium эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний тантал вольфрам рений Осмий Иридий платиновый Золото Ртуть (элемент) таллий вести висмут Полоний Астат радон
Франций радий актиний торий протактиний Уран нептуний Плутоний Америций кюрий беркелий калифорний эйнштейний Fermium менделевий Нобелий Лоуренсий резерфордия Дубний сиборгия борий гания мейтнерий Darmstadtium рентгения Коперниций Nihonium Флеровий Moscovium Ливерморий Tennessine Oganesson
-

Fe

Ru
марганецжелезокобальт
Атомный номер ( Z ) 26
группа группа 8
период период 4
блок d-блок
категория Элемент   переходный металл
Электронная конфигурация [ Ar ] 3d 6 4s 2
Электроны в оболочке
2, 8, 14, 2
Физические свойства
Фаза на  STP твердый
Температура плавления 1811  К (+1538 ° С, 2800 ° F)
Точка кипения 3134 К (2862 ° С, 5182 ° F)
Плотность (около  к.т. ) 7,874 г / см 3
когда жидкость (при  тре ) 6,98 г / см 3
Теплота плавления 13,81  кДж / моль
Теплота парообразования 340 кДж / моль
Молярная теплоемкость 25,10 Дж / (моль · К)
Давление газа
Р  (Па) 1 10 100 1 к 10 к 100 к
при  Т  (К) 1728 1890 2091 2346 2679 3132
Атомные свойства
Окислительные состояния -4, -2, -1, +1, +2 , +3 , +4, +5, +6 , +7 (ые  амфотерный оксид)
Электроотрицательность Полинг шкала: 1,83
энергия ионизации
  • 1-й: 762,5 кДж / моль
  • 2-й: 1561,9 кДж / моль
  • Третий: 2957 кДж / моль
  • ( Более )
Радиус атома эмпирические: 126  м
радиус Ковалентного Низкая спина: 132 ± 3 вечера
высокий спин: 152 ± 6 вечера
Цвет линии в спектральном диапазоне
Спектральные линии железа
Другие свойства
Естественное явление исконный
Кристальная структура объемно-центрированной кубической (ОЦК)
Объемно-центрированная структура кубического кристалла для железа

= 286,65 м
Кристальная структура гранецентрированной кубической (ГЦК)
Гранецентрированная структура кубического кристалла для железа

между 1185-1667 K
Скорость звука тонкого стержня 5120 м / с (при  комнатной температуре ) (электролитический)
Тепловое расширение 11,8 мкм / (м · К) (при 25 ° C)
Теплопроводность 80,4 Вт / (м · К)
Электрическое сопротивление 96.1 nΩ · м (при 20 ° C)
точка Кюри 1043 K
Магнитное упорядочение ферромагнитный
Модуль для младших 211 ГПа
Модуль сдвига 82 ГПа
объемный модуль 170 ГПа
коэффициент Пуассона 0,29
твердость по Моосу 4
твердость по Виккерсу 608 МПа
твердость по Бринеллю 200-1180 МПа
Количество CAS 7439-89-6
история
открытие Перед 5000 г. до н.э.
Основные изотопы железа
Изотоп изобилие Период полураспада ( т 1/2 ) режим Decay Товар
54 Fe 5,85% стабильный
55 Fe син 2,73 г ε 55 Mn
56 Fe 91,75% стабильный
57 Fe 2.12% стабильный
58 Fe 0,28% стабильный
59 Fe син 44,6 г β - 59 Co
60 Fe след 2,6 × 10 6  г β - 60 Co
| Рекомендации

Железо является химическим элементом с символом Fe (от латинского : желез у ) и атомный номер 26. Это металл в первой переходной серии . Это по массе наиболее распространенный элемент на Земле , образуя большую часть Земли внешней и внутренней сердцевины . Это четвертый самый распространенный элемент в земной коре . Его изобилие в каменистом планете , подобной Земле из - за свое обильное производство путем слияния в больших массах звезд , где она последний элемент будет производиться с выделением энергии до насильственного коллапса сверхнового , которая рассеивает железо в космос.

Как и другие группы 8 элементов , рутений и осмий , железо существует в широком диапазоне состояний окисления , от -2 до +7, хотя +2 и +3 являются наиболее распространенными. Элементная железа происходит в метеороидах и других низких кислород средах, но может вступать в реакции с кислородом и водой . Свежие железные поверхности появляются блестящие серебристо-серый цвет, но окисляют в обычном воздухе , чтобы дать гидратированные оксиды железа , широко известный как ржавчина . В отличие от металлов , которые образуют пассивирующих оксидных слоев, оксиды железа занимают больший объем , чем металл , и , таким образом , отслаивается, обнажая свежие поверхности для коррозии.

Железный металл был использован с древних времен , хотя медные сплавы , которые имеют более низкие температуры плавления, были использованы еще раньше в истории человечества. Чистое железо является относительно мягким, но недостижимыми путем плавки , потому что это в значительной степени закалены и усилена примесей, в частности , углерод , из процесса плавки. Некоторая доля углерода (между 0,002% и 2,1%) производит сталь , которая может быть до 1000 раз сильнее , чем чистое железо. Сырая металлическое железо получают в доменных печах , где руду восстанавливают с помощью кокса на чугун , который имеет высокое содержание углерода. Дальнейшее уточнение с кислородом уменьшает содержание углерода в правильной пропорции для производства стали. Стали и железные сплавы , образованные с другими металлами ( легированные сталями ) являются на сегодняшний день наиболее распространенными промышленные металлы , так как они имеют большой диапазон желательных свойств и железосодержащую породы в изобилии.

Химические соединения железа имеет множество применений. Оксид железа смешивают с алюминиевым порошком может воспламеняться , чтобы создать термитную реакции , используемые при сварке и очистки руд. Железо образует бинарные соединения с галогенами и халькогенами . Среди его металлоорганических соединений является ферроцен , первый сэндвич - соединение обнаружено.

Железо играет важную роль в биологии , образуя комплексы с молекулярным кислородом в гемоглобине и миоглобина ; эти два соединения являются общими кислородные обработки белков у позвоночных (гемоглобина для переноса кислорода и миоглобина для хранения кислорода). Железо также металл на активном участке многих важных окислительно - восстановительных ферментов , связанные с клеточным дыханием и окислением и восстановлением растений и животными. Железо распределено по всему человеческому телу, и особенно много в гемоглобине. Общее содержание железа в организме взрослого человека составляет примерно 3,8 г у мужчин и 2,3 г у женщин. Железо является одним из важнейших элементов в обмене веществ сотен белков и ферментов , участвующих в различных функций организма, таких как транспорт кислорода , ДНК - синтез и рост клеток .

Характеристики

Механические свойства

Характеристические значения предела прочности на разрыв (TS) и твердости по Бринеллю (BH) различных форм железа.
материал TS
(МПа)
ВН
( Бринелль )
Железные усы 11 000
Ausformed (закаленный)
стала
2930 850-1200
мартенситные стали 2070 600
бейнитная сталь 1380 400
перлитной стали 1200 350
Холодная обработанное железо 690 200
Малый зерна железа 340 100
Углерод-содержащий железо 140 40
Чистое, монокристаллическое железо 10 3

Механические свойства железа и его сплавов могут быть оценены с помощью различных тестов, включая тест по Бринеллю , тест Роквелла и испытание твердости по Виккерсу . Данные о железе настолько последовательны , что он часто используется для калибровки измерений или сравнить тесты. Тем не менее, механические свойства железа существенно зависят от чистоты образца: чистые, монокристаллы железа, на самом деле мягче , чем алюминий, а чистое железо в промышленном масштабе (99,99%) имеет твердость 20-30 Бринелля. Увеличение содержания углерода вызовет значительное увеличение твердости и предела прочности на разрыв железа. Максимальная твердость 65 R C достигается с содержанием углерода 0,6%, хотя сплав имеет низкую прочность на разрыв. Из - за мягкости железа, гораздо легче работать , чем тяжелее конгенеров рутений и осмий .

Молярный объем в зависимости от давления для альфа железа при комнатной температуре

Из-за своей значимости для планетарных ядер, физические свойства железа при высоких давлениях и температурах также были широко изучены. Форма железа, который является стабильным при стандартных условиях может быть подвергнута давлением до приблизительно 15 ГПа до трансформации в форму под высоким давлением, как описано в следующем разделе.

Фазовая диаграмма и аллотропы

Железо представляет собой пример аллотропии в металле. По крайней мере , четыре аллотропных форм железа известны как & alpha ; , & gamma ; , δ, и е; при очень высоких давлениях и температурах, некоторые спорно экспериментальные доказательства существует для стабильной фазы бета.

Низкого давления фазовая диаграмма чистого железа
Кривые намагничивания 9 ферромагнитных материалов, показывающих насыщение. 1.  Листовая сталь, 2.  Кремний сталь, 3.  литой стали, 4.  стали вольфрама, 5.  Магнит сталь, 6.  Чугун, 7.  Никель, 8.  Кобальт, 9.  Магнетит

Как расплавленное железо остывает мимо его точки замерзания 1538 ° С, она кристаллизуется в его б аллотроп, который имеет кубическую объемно-центрированный (ОЦК) кристаллическую структуру . Как он охлаждается далее до 1394 ° С, он изменяет его γ-железа, аллотроп с гранецентрированной кубической (ГЦК) кристаллической структуры или аустенита . При 912 ° С и ниже, кристаллическая структура вновь становится ОЦК α-железа аллотроп. И, наконец, при 770 ° С ( точка Кюри , Т с ) изменения магнитного упорядочения железа от парамагнитного к ферромагнитным . При прохождении через температуру Кюри, железо не меняет свою структуру, но «магнитные доменов» появляется, где каждый домен содержит атомы железа с конкретным электронным спином. В ненамагниченном железе, все электронные спины атомов в пределах одного домена имеют одинаковую ориентацию оси; однако, электроны соседних областей имеют другие ориентации с результатом взаимной компенсации и без магнитного поля. В намагниченного железа, электронные спины доменов выровнены и магнитные эффекты усиливаются. Хотя каждый домен содержит миллиарды атомов, они очень малы, около 10 мкм в диаметре. Это происходит потому , что два неспаренных электронов на каждом атоме железа находятся в г г 2 и г х 2 - у 2 - орбитали, которые не указывают непосредственно на ближайших соседей в кубической объемноцентрированной решеткой и , следовательно , не участвуют в металлической связи ; Таким образом, они могут взаимодействовать с магнитным друг с другом так , что их спины выравнивать.

При давлениях выше примерно 10 ГПа и температурах в несколько сот градусов Кельвина или менее, α-железа превращается в гексагональной плотноупакованной (ГПУ) структуру, которая также известна как е-железо ; чем выше температуры γ-фаза также изменяется в е-железу, но делает это при более высоком давлении. Β-фазы, если она существует, будет появляться при давлении , по меньшей мере 50 ГПа и температурах по меньшей мере , 1500 К и имеют орторомбическую или двойную структуру ГПУ. Эти фазы высокого давления железа имеют важное значение в качестве endmember моделей для твердых частей планетарных ядер. Внутреннее ядро из Земли , как правило , предполагается , чтобы быть железо- никеля сплава с е (или & beta ; ) структуры. Несколько смешения, термин «β-железо» иногда также используется для обозначения альфа-железа выше точки Кюри, когда она переходит из ферромагнитного быть парамагнитного, хотя его кристаллическая структура не изменилась.

Температура плавления железа экспериментально определены при давлении менее 50 ГПа. Для больших давлений, исследования положить γ-е-жидкость тройной точки при давлениях , которые отличаются от десятков ГПа и 1000 К в точке плавления. Вообще говоря, молекулярной динамики компьютерное моделирование плавления железа и ударных волн экспериментов свидетельствуют о более высокие температуры плавления и более крутой наклон кривой плавления , чем статических экспериментах , проведенных в камерах с алмазными наковальнями . Плавление и кипение железа, наряду с ее энтальпией атомизации , ниже , чем у более ранних 3d элементов от скандия до хрома , показывающего снижение вклада 3d - электронов в металлической связь , поскольку они привлекают все больше и больше в инертном ядро ядром; однако, они выше , чем значения для предыдущего элемента марганца , потому что элемент имеет наполовину заполненную 3d подоболочки и , следовательно , его D-электроны , которые не так легко делокализованы. Эта же тенденция появляется рутений , но не осмий.

Изотопы

Встречающиеся в природе железо состоит из четырех стабильных изотопов : 5.845% от 54 Fe, 91.754% от 56 Fe , 2.119% от 57 Fe и 0,282% от 58 Fe. Из этих стабильных изотопов, только 57 Fe имеет ядерный спин (- 1 / 2 ). Нуклида 54 Fe теоретически может пройти двойной захват электронов с 54 Cr, но этот процесс никогда не наблюдались и лишь нижний предел на период полураспада 3,1 × 10 22 лет был установлен.

60 Fe является вымершим радионуклидом длительного периода полураспада (2,6 миллиона лет). Он не находится на Земле, но ее конечный продукт распада является его внучкой, стабильный нуклид 60 Ni . Большая часть последних работ по изотопному составу железы была сосредоточено на нуклеосинтез из 60 Fe через исследование метеорит с и рудообразованием. В последнее десятилетие прогресс в области масс - спектрометрии позволили обнаружение и количественное определение минуту, естественные вариации в соотношениях стабильных изотопов железа. Большая часть этой работы обусловлено Землей и планетарные научные сообществами, хотя приложения к биологическим и промышленным системам появляются.

В фазах метеоритов Semarkona и Червоный Кут, корреляция между концентрацией 60 Ni, от внучки из 60 Fe, а также обилие стабильных изотопов железа представили доказательство существования 60 Fe во время формирования Солнечной системы , Возможно , энергия , выделяющаяся при распаде 60 Fe, наряду с этим выпущен 26 Al , внесли свой вклад в переплавки и дифференциации от астероидов после их образования 4,6 миллиарда лет назад. Обилие 60 Ni , присутствующие в внеземном материале может привести дальнейшее понимание происхождения и раннюю историю Солнечной системы .

Наиболее распространенным железа изотопа 56 Fe представляет особый интерес для ядерных ученых , поскольку она представляет собой самую общую конечную точку нуклеосинтеза . Так как 56 Ni (14 альфа - частицы ) легко получают из легких ядер в процессе альфа в ядерных реакциях в сверхновых (см процесс горения кремния ), это является конечной точкой слияния цепей внутри очень массивных звезд , поскольку добавление другого альфа - частицы, в результате чего в 60 Zn, требует гораздо больше энергии. Это 56 Ni, который имеет период полураспада приблизительно 6 дней, создается в количестве в этих звездах, но вскоре распадается на два последовательных выбросов позитронов в пределах продуктов распада сверхновой в остатка сверхновой облако газа, во- первых , чтобы радиоактивный 56 Co, а затем стабильному 56 Fe. Таким образом , железо является самым распространенным элементом в ядре красных гигантов , и является наиболее распространенным металлом в железных метеоритах и в плотных металлических ядер планет , таких как Земли . Это также очень распространено во вселенной, по сравнению с другими стабильными металлами примерно одного атомного веса . Железо является шестым самым распространенным элементом в Вселенной , и наиболее распространенный огнеупорный элемент.

Несмотря на то, дальнейшее усиление крошечной энергии может быть извлечено путем синтеза 62 Ni , который имеет более высокую незначительно энергию связи , чем 56 Fe, условие в звездах непригодны для этого процесса. Производство элементов в сверхновых и распределение на Земле , в значительной степени способствуют железу над никелем, и в любом случае, 56 Fe все еще имеет меньшую массу , чем на нуклон 62 Ni из - за его более высокую долю легких протонов. Следовательно, элементы тяжелее железа требуют сверхновую для их образования, включая быстрый захват нейтронов , начиная 56 ядер Fe.

В далеком будущем Вселенной, если предположить , что распад протона не происходит, холодный синтез происходит с помощью квантового туннелирования может вызвать легкие ядра в обычной материи плавить в 56 Fe ядер. Деление и эмиссии альфа-частиц будут затем сделать тяжелый распад ядер в железо, преобразование всех звездных масс объектов в холодных областях чистого железа.

Железные метеориты , аналогичные по составу к внутрипартийной и внешнего ядра Земли

Вхождение

Металлический или самородное железо редко встречаются на поверхности Земли , так как она имеет тенденцию к окислению, но его оксиды широко распространены и представляют собой первичные руды. В то время как она составляет около 5% в земной коре , как Земли внутреннее и внешнее ядро , как полагает, состоит в основном из железодефицитного никеля сплава , составляющий 35% от массы Земли в целом. Железо является , следовательно , самым распространенным элементом на Земле, но только четвертый самый распространенный элемент в земной коре, после того, как кислород , кремний и алюминий . Большая часть железа в земной коре находится в сочетании с кислородом в качестве оксида железа минералов , таких как гематит (Fe 2 O 3 ), магнетит (Fe 3 O 4 ) и сидерит (FeCo 3 ). Многие вулканические породы также содержат сульфидные минералы пирротин и пентландит .

Ferropericlase (Mg, Fe) O, твердый раствор периклаза (MgO) и вюстит (FeO), составляет около 20% от объема нижней мантии Земли, что делает его вторым наиболее распространенным минеральной фазы в этом регионе после того, как силикатного перовскита (Mg, Fe) SiO 3 ; он также является основным хозяином для железа в нижней мантии. В нижней части переходной зоны мантии, реакции Г- (Mg, Fe) 2 [SiO 4 ] ↔ (Mg, Fe) [SiO 3 ] + (Mg, Fe) O преобразования γ-оливин в смесь силикат перовскита и ferropericlase и наоборот. В литературе, этот минерал фаза нижней мантии также часто называют магнезиовюстите. Силикатные перовскита может составлять до 93% от нижней мантии, и форма магния, железа (Mg, Fe) SiO 3 , считается наиболее распространенным минерал на Земле, что составляет 38% от его объема.

Крупные месторождения железа находятся в железистых образований . Эти геологические формации представляют собой тип породы , состоящий из повторяющихся тонких слоев оксидов железа , чередующихся с полосами железа бедных сланцев и кремней . В железистых образований были заложены в период между 3,700  миллионов лет назад и 1,800  миллионов лет назад .

Указанные соединения железа были использованы в качестве пигмента с (сравните охры ) , так как историческое время и внести свой вклад , а также к цвету различных геологических формаций, например , в Buntsandstein (British Бантер , цветные sandstein). В случае Eisensandstein (юрского «железного песчаника», например , из Donzdorf ) в Германии и Бата камень в Великобритании, железные пигменты способствуют желтоватого цвета большого количества исторических зданий и скульптур. Общеизвестный красный цвет поверхности Марса получен из оксида железа богатого реголита .

Значительные количества железа происходит в сульфида железа минерального пирита (FeS 2 ), но это трудно извлечь из него железа и поэтому не используется. На самом деле, железо настолько распространено , что производство в целом фокусируется только на рудах с очень большими количествами его. Во время атмосферных воздействий , железо имеет тенденцию к выщелачиванию из сульфидных отложений в виде сульфата , и из силикатных отложений как бикарбонат. Оба из них окисляются в водном растворе и выпадают в осадок даже слегка повышенном значении рН , как оксид железа (III) .

Около 1 в 20 метеоритов состоит из уникальных железо-никелевых минералов тэнита (35-80% железа) и камасита (90-95% железа). Несмотря на редкие, железные метеориты являются основной формой природного металлического железа на поверхности Земли. По данным Международной группы ресурсов «s Металлические запасам в отчете общества , глобальный запас железа в использовании в обществе 2200 кг на душу населения. Более развитые страны отличаются в этом отношении от менее развитых стран (7000-14000 против 2000 кг на душу населения).

Химия и соединения

Окисление
состояние
представитель соединение
-2 (д 10 ) Тетракарбонилферрат натрия (реагент Collman в)
-1 (д 9 ) Fe
2
(СО) 2-
8
0 (д 8 ) Железо пентакарбонил
1 (д 7 ) Cyclopentadienyliron дикарбонилированный димер ( "Рр 2 ")
2 (d 6 ) Сульфат железа , ферроцен
3 (d 5 ) Хлорид железа , ферроцений тетрафторборат
4 (d 4 ) Fe (diars)
2
Cl 2 +
2
5 (d 3 ) FeO 3-
4
6 (d 2 ) Калий феррат
7 (d 1 ) [FeO 4 ] - (матричная изоляция, 4K)

Железо показывает характерные химические свойства переходных металлов , а именно способность к образованию переменных состояния окисления , отличающемуся от стадий одного и очень большой координации и металлоорганической химии: в самом деле, это было открытие соединения железа, ферроцен , что revolutionalized последних поле в 1950 - х годах. Железо иногда рассматриваются в качестве прототипа для всего блока переходных металлов, в связи с его изобилием и огромной ролью , которую она играет в технологическом прогрессе человечества. Его 26 электронов расположены в конфигурации [Ar] 3d 6 4s 2 , из которых 3d и 4s электроны сравнительно близки по энергии, и , таким образом , он может потерять переменное число электронов , и не существует никакой четкой точки , где дальнейшая ионизация становится нерентабельной ,

Железо образует соединения , главным образом , в +2 и +3 состояниях окисления . Традиционно, соединения железа (II), называются черные и железа (III) соединения , трехвалентное железо . Железо также происходит в более высоких степенях окисления , например пурпурный феррат калите (K 2 FeO 4 ), который содержит железо в своем состоянии окисления +6. Несмотря на то, оксид железа (VIII) , (FeO 4 ) Утверждалось, отчет не может быть воспроизведен и такой вид ( по крайней мере , с железом в своем состоянии окисления +8) был установлен, что маловероятно в вычислительном отношении . Тем не менее, одна из форм анионного [FeO 4 ] - с железом в своем состоянии окисления +7, наряду с железом (V) -peroxo изомер была обнаружена с помощью инфракрасной спектроскопии при 4 К после cocondensation лазерно-абляции атомов Fe с смесь O 2 / Ar. Железо (IV) , является общим промежуточным во многих биохимических реакциях окисления. Многочисленные organoiron соединения содержат формальные состояния окисления +1, 0, -1, -2 или даже. Состояния окисления и другие свойства скрепления часто оценивали с использованием метода мессбауэровской спектроскопии . Многие смешанные валентные соединения содержат как железо (II) и железа (III) , центры, такие как магнетит и берлинской лазури (Fe 4 (Fe [CN] 6 ) 3 ). Последний используется в качестве традиционного «синего» в чертежи .

Железо является первым из переходных металлов , которые не могут достичь своей группу степени окисления +8, хотя его более тяжелых сородичи рутений и осмий могут, рутений иметь больше трудностей , чем осмий. Рутений проявляет водный химический катионный в его низкой окисления заявляет , что похоже на железо, но не осмия, в пользу высокой степени окисления , в котором она образует анионные комплексы. Во второй половине 3 - го переходного ряда, вертикальные сходства вниз группы конкурируют с горизонтальными сходствами железа с соседним кобальтом и никелем в периодической таблице, которые также являются ферромагнитными при комнатной температуре и разделяют подобную химию. В качестве такого, железа, кобальта, никеля и иногда группируются как триады железа .

Некоторые канареечно-желтый порошок сидит, в основном, в кусках, на лабораторном часовое стекло.
Гидратированное железо (III) хлорид , также известный как хлорид железа

Железные соединения , полученные на самом большом масштабе в промышленности являются железо (II) , сульфат (FeSO 4 · 7 H 2 O ) и железа (III) , хлорид (FeCl 3 ). Первый из них является одним из наиболее легко доступных источников железа (II), но менее устойчив к воздушному окислению , чем соли Мора ((NH 4 ) 2 Fe (SO 4 ) 2 · 6H 2 O). Железа (II) соединения , как правило, быть окислены до соединений железа (III) в воздухе.

В отличие от многих других металлов, железо не образует амальгамы с ртутью . В результате, ртуть торгуются в стандартизованных 76 фунте колб (34 кг) , изготовленные из железа.

Железо является на сегодняшний день наиболее реактивным элементом в своей группе; это пирофорное , когда тонко измельченное и легко растворяется в разбавленных кислотах, что дает Fe 2+ . Тем не менее, он не вступает в реакцию с концентрированной азотной кислотой и другими окислителями кислотами из - за образование непроницаемого слоя оксида, который тем не менее может вступать в реакцию с соляной кислотой .

Бинарные соединения

Железо взаимодействует с кислородом воздуха с образованием различных оксида и гидроксида соединений ; наиболее распространенными являются железа (II, III) оксид (Fe 3 O 4 ) и железа (III) , оксида (Fe 2 O 3 ). Железа (II) оксид также существует, хотя она неустойчива при комнатной температуре. Несмотря на их имена, они на самом деле все соединения нестехиометрические , чьи композиции могут варьироваться. Эти оксиды являются основными руды для производства чугуна (см Bloomery и доменной печи). Они также используются в производстве ферритов , полезного магнитного хранения информации в компьютерах, и пигментов. Наиболее известным сульфид железа пирит (FeS 2 ), также известный как золото глупцов благодаря золотым блеском. Это не железо (IV) , соединение, но на самом деле является железо (II) , полисульфид , содержащий Fe 2+ и S 2-
2
ионов в искаженной хлорида натрия структуры.

Бинарные черных и трехвалентного железа галогениды хорошо известны, за исключением иодида железа. Железосодержащие галогениды обычно возникают из обработки металлического железа с соответствующей галоидоводородной кислотой с получением соответствующих гидратированных солей.

Fe + 2 НХ → FeX 2 + Н 2 (Х = F, Cl, Br, I)

Железо реагирует с фтором, хлором, бромом и дать соответствующие галогениды трехвалентного железа, хлорид трехвалентного железа является наиболее распространенным.

2 Fe + 3 x 2 → 2 FeX 3 (X = F, Cl, Br)

Железа йодида является исключением, будучи термодинамически нестабильными из - за окислительной мощности Fe 3+ и высокой восстановительной мощности I - :

2 I - + 2 Fe 3+ → I 2 + 2 Fe 2+0 = 0,23 В)

Тем не менее, миллиграмм количество йодида железа, черное твердое вещество, все еще может быть получены посредством реакции пентакарбонила железа с йодом и монооксидом углерода в присутствии гексана и света при температуре -20 ° C, убедившись , что система хорошо отрезан от воздуха и воды.

химия Решение

Сравнение цветов решений феррата (слева) и перманганата (справа)

В стандартных потенциалах восстановления в кислом водном растворе для некоторых общих ионов железа приведены ниже:

Fe 2+ + 2е - ⇌ Fe Е 0 = -0,447 В
Fe 3+ + 3е - ⇌ Fe Е 0 = -0,037 В
FeO , 2-
4
+ 8 Н + + 3 е -
⇌ Fe 3+ + 4 Н 2 О Е 0 = 2,20 V

Красно-фиолетовый тетраэдрической феррат (VI) , анион является таким сильным окислителем , который окисляет аммиак и азот при комнатной температуре, и даже сама воду в кислых или нейтральных растворах:

4 FeO 2-
4
+ 10 Н
2
O
→ 4Fe 3+
+ 20 ОН -
+ 3 O 2

ЭФ 3+ ион имеет большой простой химии катионный, хотя бледно-фиолетовый hexaquo иона [Fe (H 2 O) 6 ] 3+ очень легко гидролизуются при увеличении рН выше 0 следующим образом :

[Fe (H 2 O) 6 ] 3+ ⇌ [Fe (H 2 O) 5 (ОН)] 2+ + Н + К = 10 -3,05 моль дм -3
[Fe (H 2 O) 5 (ОН)] 2+ ⇌ [Fe (H 2 O) 4 (ОН) 2 ] + + Н + К = 10 -3,26 моль дм -3
2 [Fe (H 2 O) 6 ] 3+ ⇌ [Fe (H
2
О)
4
(ОН)] 4+
2
+ 2 Н + + 2 Н 2 О
К = 10 -2,91 моль дм -3
Темно - красный оксид железа (III) ,
Сине-зеленый железо (II) , сульфат гептагидрат

Как рН поднимается выше 0 вышеуказанной форма желтого гидролизованный видов и , как он поднимается выше 2-3, красновато-коричневым водна оксид железа (III) , выпадает в осадок из раствора. Несмотря на то, Fe 3+ имеет d 5 конфигурации, его спектр поглощения не так Мп 2+ с его слабыми, спином-запрещенных D-D полос, потому что Fe 3+ имеет более высокий положительный заряд и является более поляризационным, понижая энергию его лиганд-металл с переносом заряда полосы поглощения. Таким образом, все вышеперечисленные комплексы являются довольно сильно окрашенными, с единственным исключением иона hexaquo - и даже , что имеет спектр доминирует перенос заряда в ближней ультрафиолетовой области спектра. С другой стороны, бледно - зеленое железо (II) , hexaquo ион [Fe (H 2 O) 6 ] 2+ не претерпевает заметный гидролиз. Углекислый газ не выделяется , когда карбонатные анионы добавляют, что вместо того, чтобы в результате белого железа (II) , карбонат будучи осаждают. В избытке углекислого газа это образует слегка растворимый бикарбонат, которое происходит обычно в грунтовых водах, но он быстро окисляется на воздухе с образованием оксида железа (III) , который учитывает коричневые отложения , присутствующие в значительном количестве потоков.

Координационные соединения

Два антиподы по ferrioxalate иона

Многие координационные соединения железа известны. Типичный шесть координат анион hexachloroferrate (III) [FeCl 6 ] 3- , найденный в смешанные соли hexachloroferrate (III) хлорид тетракис (метиламмония) . Комплексы с несколькими лигандами бидентатных имеют геометрические изомеры . Так , например, транс - chlorohydridobis (бис-1,2- (дифенилфосфино) этан) железа (II) , комплекс используется в качестве исходного материала для соединений с Fe ( ДФФЭ ) 2 фрагмента . Ferrioxalate ион с тремя оксалатными лигандами (показано справа) показывает спиральную хиральность с двумя не-superposable геометрий помечены Λ (лямбда) для левых оси винта и Δ (дельта) для правых оси винта, в соответствии с IUPAC конвенции. Калий ferrioxalate используется в химической актинометрии и вместе с его натриевой соли подвергается фотовосстановление применяется в старом стиле фотографических процессов. Дигидрат из оксалата железа (II) имеет полимерную структуру с копланарными ионами оксалата железа моста между центрами с кристаллизационной водой , расположенными образующими крышки каждого октаэдра, как показано ниже.

Болл и пряника модель цепи в кристаллической структуре железа (II), оксалат дигидрат

Берлинская лазурь , Fe 4 [Fe (CN) 6 ] 3 , является наиболее известной из цианистых комплексов железа. Его образование может быть использовано в качестве простого влажного теста химии различать водные растворы Fe 2+ и Fe 3+ , как они реагируют (соответственно) с феррицианидой калите и ферроцианидой калии с образованием берлинской лазури.

Кровь-красная положительный тест тиоцианата железа (III),

Железо (III) , комплексы весьма сходны с хрома (III), за исключением железа (III) 'с предпочтением O -donor вместо N -donor лигандов. Последнее , как правило, гораздо более неустойчив , чем комплексы железа (II) и часто диссоциируют в воде. Многие комплексы Fe-O показывают интенсивные цвета и используются в качестве тестов для фенолов или енолов . Например, в тесте хлорида трехвалентного железа , используется для определения наличия фенолов, железа (III) , хлорид реагирует с фенолом с образованием темно - фиолетового комплекса:

3 ArOH + FeCl 3 → Fe (ОАР) 3 + 3 HCl (Ar = арил )

Среди галогенидов и псевдогалоидом комплексов, фтор комплексы железа (III) являются наиболее стабильными, с бесцветной [FeF 52 О)] 2- является наиболее стабильным в водном растворе. Хлор комплексы являются менее стабильными и способствуют тетраэдрической координации , как и в [FeCl 4 ] - ; [FeBr 4 ] - и [FeI 4 ] - легко восстанавливают до железа (II). Тиоцианат является общим тестом на наличие железа (III) , как он образует кроваво-красный цвет [Fe (SCN) (H 2 O) 5 ] 2+ . Как марганец (II), большинство железа (III) комплексы высокий спин, исключение составляет те , с лигандами , которые являются высокими в спектральной серии , такие как цианид . Пример комплекса низкоспиновое железа (III) является [Fe (CN) 6 ] 3- . Цианид лиганды могут быть легко отделены в [Fe (CN) 6 ] 3- , и , следовательно , этот комплекс является ядовитым, в отличие от железа (II) комплекса [Fe (CN) 6 ] 4- , найденного в берлинской лазури, который не освобождает цианистый водород кроме случаев , когда добавляют разбавленные кислоты. Железо показывает большое разнообразие электронных спиновых состояний , в том числе всех возможных спиновых квантовых чисел значения для d-блочного элемента от 0 (диамагнитным) до 5 / 2 (5 неспаренных электронов). Это значение всегда половина числа непарных электронов. Комплексы с нулем до двух неспаренных электронов считаются низкоспиновыми и те , с четырьмя или пяти считается высоким спином.

Железа (II) комплексы являются менее стабильными , чем железо (III) комплексов , но предпочтение вывода -donor лигандов менее выражена, так что , например , [Fe (NH 3 ) 6 ] 2+ известно в то время как [Fe (NH 3 ) 6 ] 3+ нет. Они имеют тенденцию быть окислены до железа (III) , но это может быть умеренным низким рН и специфических лигандов , используемых.

металлоорганические соединения

Железо пентакарбонил
Fulvalene , который Pauson и Кили стремились подготовить
(Неправильная) структура ферроцена , что предложенная Pauson и Кили
Сухое ферроцен

Цианид комплексы технически металлоорганические но более важными являются карбонильными комплексами и сэндвич и полусандвичевых соединения . Главным железа (0) соединение пентакарбонил железа Fe (CO) 5 , которая используется для получения карбонильного железа порошок, высокой реакционной формы металлического железа. Термолиз пентакарбонила железа дает трехъядерные кластер, triiron dodecacarbonyl . Реагент Collman, в тетракарбонилферрате натрия , является полезным реагентом для органической химии; он содержит железо в состоянии окисления -2. Димер дикарбонилированного Cyclopentadienyliron содержит железо в редком состоянии окисления +1.

Ферроцена был чрезвычайно важным соединением в ранней истории отрасли металлоорганической химии , и по сей день железа прежнему является одним из наиболее важных металлов в этой области. Он был впервые синтезирован в 1951 году при попытке подготовить fulvalene10 Н 8 ) путем окислительной димеризацией циклопентадиена ; было обнаружено , что полученный продукт имел молекулярную формулу C 10 H 10 Fe и сообщили демонстрировать «замечательную стабильность». Открытие вызвало значительный интерес в области химии металлоорганических, отчасти потому , что структура , предложенная Pauson и Кили (показано справа) не согласуется с тогдашним существующих моделей склейки и не объяснить его неожиданную стабильность. Следовательно, первоначальная задача была окончательно определить структуру ферроцена в надежде , что его связь и свойство затем будут поняты. Шокирующе новые структуры сэндвич [Fe (η 5 -C 5 H 5 ) 2 ], был сделан вывод , и сообщили , независимо друг от друга три группы в 1952 году: Вудворд и Джефри Уилкинсон исследовали реактивность с целью определения структуры и показано , что ферроцен претерпевает подобные реакции на обычные ароматические молекулы (такие как бензол ), Эрнст Отто Фишер вывел структуру сэндвича , а также начал синтезированию других металлоценов включая кобальтоцен ; Eiland и Pepinsky при условии , рентгеноструктурного подтверждения многослойной структуры.

Применяя теорию валентной связи с ферроценом, рассматривая Фе 2+ центра и два cyclopentadienide анионов (С 5 Н 5 - ), которые , как известны, ароматическими согласно правилу Хюккеля и , следовательно , высокой стабильности, позволил правильно предсказания геометрии молекулы. После того, как молекулярная орбиталь теория была успешно применена и модель Dewar-Chatt-Duncanson предложил, причины замечательной стабильности ферроцена стало ясно. Ферроцен не был первым металлоорганическое соединение , известное - соль Zeise в , К [PtCl 32 Н 4 )] · H 2 O было сообщено в 1831 году и Mond в открытие Ni (CO) 4 произошло в 1888 году, но это было открытие ферроцена о том , что начал металлоорганическую химию в качестве отдельной области химии. Это было настолько важно , что Уилкинсон и Фишер разделил 1973 Нобелевскую премию по химии «за пионерские работы, выполненные независимо друг от друга, по химии металлоорганических, так называемых сэндвич - соединений ». Сам ферроцена может быть использован в качестве основы лиганда, например , 1,1'-бис (дифенилфосфино) ферроцен (ДФФФ). Ферроцен может сам окисляется до ферроцена катиона (Fc + ); ферроцен / ферроцений пара часто используется в качестве ссылки в электрохимии.

Металлоцены , такие как ферроцен , может быть получены с помощью реакции свежа-крекинга циклопентадиена с железом хлорида (II) и основанием. Это ароматическое вещество и подвергается реакции замещения , а не реакции присоединения на циклопентадиенильных лигандов. Например, Фриделя-Крафтса ферроцена с уксусным ангидридом выходами acetylferrocene так же , как ацилирование бензола дает ацетофенон в аналогичных условиях.

Синтез acetylferrocene из dicyclopentadiene.png

Железо-центрированной металлоорганические вида используются в качестве катализаторов . Комплекс Knölker , например, представляет собой гидрирование переноса катализатора для кетонов .

Этимология

«Ирен» старое английское слово «железо»

Как железо используется уже в течение столь длительного времени, он имеет много различных названий на разных языках. Источник его химический символ Fe является латинским словом феррума , и его потомками являются именами элементов в романских языках (например, французский фер , испанский Йерро и итальянский и португальского ферро ). Слово феррум сам , возможно , происходит от семитских языков , с помощью этрусского , от корня , что и породил старый английскую Braes « латунь ». Английское слово железа происходит в конечном счете от прото-германского * isarnan , который также является источником немецкого названия Eisen . Это, скорее всего , заимствовано из кельтских * isarnon , что в конечном итоге происходит от прото-индо-европейских * (х это-) Вращательного «мощное, святое» и , наконец , * EIS «сильного», сила , ссылающегося утюга в качестве металла. Клюге относится * isarnon к иллирийско и Латинской IRA , «гнев»). В Балто-славянские имена для железа (например , российские железо [ Железо ], польский żelazo , литовские geležis ) являются единственными , кто приходят непосредственно из прото-индоевропейского * г ч Elg ч - «железо». Во многих из этих языков, слово для железа может также использоваться для обозначения других предметов , изготовленных из чугуна или стали, или фигурально из - за твердости и прочности металла. Китайский Tie ( традиционный鐵, упрощена铁) происходит от прото-сино-тибетской * hliek , и был заимствован в японском языке , как鉄Tetsu , который также имеет нативную чтения Kurogane «черный металл» ( по аналогии с тем, как упоминается железо в английском языке слово кузнец ).

история

Кованое железо

Круг, с короткой, простой стрелкой формы, вытянутые по диагонали вверх и вправо от ее краев
Символ Марс был использован с древних времен для представления железа.
Столб, слегка рифленая, с каким-то орнаментом на ее вершине.  Это черное, слегка выветривание до темно-коричневого цвета у основания.  Это составляет около 7 метров (23 футов).  Он стоит на возвышении круглое основание камня, и окружен коротким, квадратный забор.
Железный столб в Дели является примером железа добычи и переработки методик раннего Индии.

Железо является одним из элементов , несомненно , известных в древнем мире. Она была разработана, или кованой , на протяжении тысячелетий. Тем не менее, железные предметы большого возраста гораздо реже , чем предметы , изготовленные из золота или серебра из - за легкости , с которой железо разъедает.

Железный наконечник гарпуна из Гренландии . Железный край покрывает нарвал бивень гарпун с использованием метеоритного железа из метеорита Кейп - Йорк , один из крупнейших железных метеоритов , известных.

Бусы из метеоритного железа в 3500 г. до н.э. или ранее были найдены в Gerzah, Египет Г. А. Уэйнрайт. Гранулы содержат 7,5% никеля, который является подписью метеоритного происхождения , поскольку железо содержится в земной коре в общем случае имеет только незначительные примеси никеля. Метеорный железо высоко ценится из - за его происхождения в небесах , и часто используется , чтобы ковать оружие и инструменты. Например, Кинжал изготовлен из метеоритного железа были найдены в гробнице Тутанхамона , содержащий подобные пропорции железа, кобальта, никеля и к метеорита , обнаруженного в области, сданный на хранение древнего метеоритного дождя. Элементы , которые, вероятно , были сделаны из железа египтян датируются от 3000 до 2500 г. до н. Метеоритное железо сравнительно мягкое и пластичный и легко подделан холодной обработкой , но может получить хрупкие при нагревании из-за никель содержания.

Первое производство железа началось в средней бронзы , но потребовалось несколько веков до железа смещаются бронзы. Образцы выплавленного железа из Asmar , Месопотамии и Tall Chagar базар в северной Сирии были сделаны где- то между 3000 и 2700 до нашей эры. В хетты основал империю в северо-центральной Анатолии около 1600 г. до н. Они появляются , чтобы быть первым , чтобы понять производство железа из руды и высоко рассматривать его в обществе. В хетты начали выплавлять железо между 1500 и 1200 до н.э. и практика распространилась на остальной части Ближнего Востока после их империя пала в 1180 году до нашей эры. Последующий период называется железным веком .

Артефакты выплавленного железа найдены в Индии начиная с 1800 по 1200 г. до н.э., а в Леванте от около 1500 г. до н.э. (предполагая плавки в Анатолии или Кавказе ). Предполагаемые ссылки (сравните историю металлургии в Южной Азии ) до железа в индийских Ведах , были использованы для претензий самого раннего использования железа в Индии соответственно на сегодняшний день текстов как таковые. В Ригведе термин Ayas (металл) , вероятно , относится к меди и бронзы, в то время как железо или Шйама Ayas , буквально «черный металл», первый упоминается в пост-Rigvedic Атхарваведе .

Некоторые археологические данные свидетельствуют о железо выплавляли в Зимбабве и Юго - Восточной Африке в начале века до н.э. восьмой. Железный рабочий был введен в Греции в конце 11 - го века до нашей эры, из которого она быстро распространилась по всей Европе.

Распространение ironworking в Центральной и Западной Европе связано с кельтской экспансии. По словам Плиния Старшего , использование железа был распространен в римской эпохи. Годовой объем производства железа в Римской империи оценивается в 84750 т , в то время как так же многолюдно и современный Han Китай произвел около 5000 тонн. В Китае, железо появляется только около 700-500 г. до н. Выплавка чугуна , возможно, была введена в Китай через Центральную Азию. Самые ранние свидетельства использования доменной печи в Китае восходит к 1 веке нашей эры, и вагранки использовались еще в период Воюющих царств (403-221 до н.э.). Использование доменной печи и вагранки оставались широко распространены во время песни и Тан .

Во время промышленной революции в Англии, Генри Корт начал рафинирование чугун из чугуна до кованого железа (или сортового проката) с использованием инновационных производственных систем. В 1783 году он запатентовал процесс пудлинговый для переработки железной руды. Позже она была улучшена другими, в том числе Джозеф Холл .

Чугун

Чугун был впервые изготовлен в Китае в течение пятого века до нашей эры, но вряд ли в Европе до средневекового периода. Первые чугунные артефакты были обнаружены археологами в том, что в настоящее время современный Luhe округа , Цзянсу в Китае. Чугун использовался в древнем Китае для ведения войны, сельского хозяйства и архитектуры. Во время средневекового периода, средства были обнаружены в Европе производства кованого железа из чугуна (в данном контексте , известном как чугун ) с использованием Finery кузницы . Для всех этих процессов, древесный уголь был необходим в качестве топлива.

Coalbrookdale ночью , 1801. Доменные печи зажигать чугуна город Coalbrookdale .

Средневековые доменные печи были около 10 футов (3,0 м) в высоту и выполнены из несгораемого кирпича; принудительный воздушная обычно обеспечиваются ручными мехами. Современные доменные печи выросли намного больше, с очагами четырнадцать метров в диаметре , которые позволяют им производить тысячи тонн чугуна в день, но в основном работают в основном так же, как они это делали во времена средневековья.

В 1709 году , Абрахам Дарби я установил кокса -fired доменную печь для производства чугуна, заменяя древесный уголь, хотя продолжают использовать доменные печи. Последовавшее наличием недорогого железа является одним из факторов , приводящих к промышленной революции . К концу 18 - го века, чугун начали заменять из кованого железа для определенных целей, потому что это было дешевле. Содержание углерода в железе не был вовлечен в качестве причины различий в свойствах кованого железа, чугуна и стали до 18 - го века.

Поскольку железо становилось дешевле и более обильным, он также стал одним из основного конструкционного материала после строительства инновационного первого железного моста в 1778. Этого мост все еще стоит сегодня как памятник роли железа играли в промышленной революции. Вслед за этим, железо было использовано в рельсах, лодках, кораблях, водопроводах, и зданиях, а также в железных цилиндрах в паровых двигателях . Железные дороги занимали центральное место в формировании современности и идей прогресса и различных языков (например , французский, испанский, итальянский и немецкий) относятся к железным дорогам , как железную дорогу .

Сталь

Сталь (с меньшим содержанием углерода , чем чугун , но более чем кованое железо) была впервые изготовлена в древностях с помощью Bloomery . Кузнецы в Луристана в западной Персии сделать хорошую сталь на 1000 г. до н. Тогда улучшенные версии, булат стали Индия и дамасской стали были разработаны около 300 г. до н.э. и 500 н.э. соответственно. Эти методы были специализированы, и поэтому стали не стали основным товаром до 1850 - х годов.

Новые способы получения его цементации кусочка железа в процессе цементации были разработаны в 17 - м веке. В промышленной революции , были разработаны новые способы производства железа бар без древесного угля , а затем они были применены для производства стали. В конце 1850 - х годов, Бессемер изобрел новый процесс производства стали, с участием продуванием воздуха через расплавленный чугун, для получения мягкой стали. Это сделало стали гораздо более экономичным, таким образом , не приводит к кованого железа больше не производятся в больших количествах.

Основы современной химии

В 1774 году Антуан Лавуазье использовал реакцию водяного пара с металлическим железом внутри лампы накаливания железной трубки для получения водорода в своих экспериментах , ведущих к демонстрации сохранения массы , который был важную роль в изменении химии с качественной науки в количественном отношении .

Символическая роль

« Золото болтливости ич für Eisen » - «Я дал золото для железа». Немецко-американские броши из Первой мировой войны.

Железо играет определенную роль в мифологии и нашел различное использование в качестве метафоры и в фольклоре . Греческий поэт Гесиод «s Труды и дни (строки 109-201) перечисляет различные возрасты человека по имени после того, как металлы , как золото, серебро, бронза и железо для учета последующих эпох человечества. Железный век был тесно связан с Римом, и в Овидия Метаморфозы

Добродетели, в отчаянии, бросить на землю; и порочность человека становится всеобщим и полным. Твердая сталь удалось тогда.

-  Овидий, Метаморфозы , Книга I, железный век, линия 160 и далее

Пример важности символической роли утюга можно найти в немецкой кампании 1813 года . Фридрих Вильгельм III поручил тогда первый Железный крест в качестве военного украшения. Берлин железо ювелирные изделия достигли своего пика производства между 1813 и 1815 году, когда прусская королевская семья призвал граждан пожертвовать золото и серебряные украшения для военного финансирования. Надпись Gold болтливость ич für Eisen (я дал золото для железа) был так же используются в последующих военных усилиях.

Производство металлического железа

Промышленные маршруты

Производство чугуна или стали представляет собой процесс, состоящий из двух основных этапов. На первом этапе чугуна производится в доменной печи. В качестве альтернативы, он может быть непосредственно уменьшен. На втором этапе, чугун превращается в кованого железа, стали или чугуна.

Процесс осветления выплавки железной руды , чтобы сделать кованое железо из чугуна, с правом иллюстрации показывая мужчин , работающих в доменной печь, из Тяньгун Kaiwu энциклопедии, опубликованных в 1637 г. по Сонгу Аингксинга .
Как железо экстрагировали в 19 веке

В течение нескольких ограниченных целей, когда это необходимо, чистое железо получает в лаборатории в небольших количествах пути снижения чистого оксида или гидроксида с водородом, или формования пентакарбонила железа и его нагрева до 250 ° C, так что он разлагается с образованием чистого железного порошка , Другим способом является электролиз хлорида железа на железном катоде.

Обработка доменной печи

Промышленное производство железа начинается с железными рудами, главным образом гематитом , который имеет номинальную формулу Fe 2 O 3 , и магнетитом , с формулой Fe 3 O 4 . Эти руды восстанавливают до металла в карботермической реакции, то есть путем обработки с углеродом. Преобразование обычно проводят в доменной печи при температуре около 2000 ° С. Углеродные обеспечивается в виде кокса. Процесс также содержит поток , такие как известняк , который используется для удаления кремнеземистых минералов в руде, который в противном случае закупорить печь. Кокс и известняк подают в верхнюю часть печи, в то время как массивный взрыв воздуха нагревают до 900 ° С, около 4 тонн на тонну железа, нагнетается в печи в нижней части.

В печи, кокс реагирует с кислородом в воздухе взрыва с образованием окиси углерода :

2 C + O 2 → CO 2

Окиси углерода уменьшает железной руды (в химическом уравнении ниже, гематит) в расплавленном железе, став двуокиси углерода в процессе:

Fe 2 O 3 + 3 СО 2 → Fe + 3 CO 2

Некоторые железа в высокотемпературной области нижней части печи реагирует непосредственно с коксом:

2 Fe 2 O 3 + 3 C → 4 Fe + 3 CO 2

Присутствует поток для плавления примесей в руде , главным образом известняк ( карбонат кальция ) и доломит (карбонат кальция и магния). Другие специализированные потоки используются в зависимости от деталей руды. В запале печи поток известняка разлагается на оксид кальция (также известный как негашеные):

СаСО 3 → CaO + CO 2

Затем оксид кальция в сочетании с диоксидом кремния с образованием жидкого шлака .

СаО + SiO 2 → CaSiO 3

Шлак тает в высокой температуре печи. В нижней части печи, расплавленный шлак плавает на верхней части плотнее расплавленного железа, а отверстия в боковой части печи открыты стекать железо и шлак отдельно. Железа, после охлаждения, называется чугуном, в то время как шлак может быть использован в качестве материала в дорожном строительстве или для улучшения минеральных бедных почв для сельского хозяйства .

Эта куча железорудных окатышей будет использоваться в производстве стали.

Снижение железа прямого

Из - за экологические проблемы, были разработаны альтернативные методы обработки железа. « Уменьшение Прямой железы » уменьшает железную руду до железа комка под названием «губка» железо или «прямое» железо, которая подходит для производства стало. Две основные реакции включают в себя процесс непосредственного восстановления:

Природный газ частично окисляется (с высокой температурой и катализатором):

2 СН 4 + O 2 → 2 СО + 4 Н 2

Железная руда затем обрабатывают с этими газами в печи, получение твердого губчатого железа:

Fe 2 O 3 + CO + 2 H 2 → 2 Fe + СО 2 + 2 Н 2 О

Диоксид кремния удаляется путем добавления известняка потока , как описано выше.

термит

Железо является побочным продуктом сжигания смеси порошка алюминия и ржавчины порошка.

Fe 2 O 3 + 2 Al 2 → Fe + Al 2 O 3

Дальнейшие процессы

Горшок расплавленного железа используются для производства стали

Чугун не чистого железа, но имеет 4-5% углерода , растворенного в нем с небольшими количествами других примесей , таких как сера, магний, фосфор, и марганца. По мере того как углерод является важнейшей примесью, железо (чугун) становится хрупким и твердым. Удаление других примесей приводят к чугуну, который используется , чтобы бросить статьи в литейном производстве ; например , плиты, трубы, радиаторы, фонарные столбы, и рельсы.

В качестве альтернативы передельный чугун может быть сделано в сталь (вплоть до примерно 2% углерода) или кованого железа (коммерчески чистого железа). Были использованы различные способы для этого, в том числе Finery кузниц , пудлинговые печей, конвертеров Bessemer , мартеновские печи , кислородно - конвертерных печей и электродуговые печей . Во всех случаях, цель состоит в том, чтобы окислить все или некоторые из углерода, вместе с другими примесями. С другой стороны, другие металлы могут быть добавлены , чтобы сделать легированные стали.

Отжиг включает нагревание куска стали до 700-800 ° С в течение нескольких часов , а затем постепенным охлаждением. Это делает сталь более мягким и работоспособным.

Приложения

фазовая диаграмма железо-углерод

Металлургический

Железо является наиболее широко используемым всех металлов, что составляет более 90% от мирового производства металла. Его низкая стоимость и высокая прочность делают его незаменимым в инженерных приложениях , таких как строительство машин и станков , автомобилей , с корпусами больших судов , и структурных компонентов для зданий. С чистого железа довольно мягкий, он чаще всего в сочетании с легирующими элементами для производства стали.

α-железа довольно мягкий металл , который может растворить лишь небольшую концентрацию углерода (не более 0,021% по массе при 910 ° С). Аустенита (γ-железа) является так же мягкой и металлическим , но может растворить значительно больше углерода (так же , как 2,04% по массе при 1146 ° С). Эта форма железа используется в типе нержавеющей стали , используемой для изготовления столовых приборов, а также больницы и пищевой сервисного оборудования.

Имеющийся в продаже железа классифицируется на основе чистоты и обилие добавок. Чугун имеет 3,5-4,5% углерода и содержит различные количества примесей , таких как сера , кремний и фосфор . Чугун не товарный продукт, а промежуточный этап в производстве чугуна и стали. Уменьшение загрязняющих веществ в передельного чугуна , которые отрицательно влияют на свойства материала, такие как сера и фосфор, дает чугун , содержащий 2-4% углерода, 1-6% кремния, а также небольшие количества марганца . Чугун имеет температуру плавления в интервале 1420-1470 К, что ниже , чем любой из двух основных компонентов, и делает его первым продукт должен быть расплавлен , когда углерод и железо нагревают вместе. Его механические свойства сильно различаются и зависят от вида углерода занимает в сплаве.

«Белые» чугуны содержат их углерод в виде цементита или карбида железа (Fe 3 C). Это твердое, хрупкое соединение доминирует механические свойства белых чугунов, что делает их трудно, но unresistant шокировать. Неработающая поверхность белого чугуна полна тонких грани карбида железа, разбитого очень бледно, серебристый, блестящего материал, следовательно , наименование места. Охлаждение смеси железа с 0,8% углеродом медленно ниже 723 ° C до комнатной температуры приводит в отдельных чередующихся слоях цементита и альфа-железе, который является мягким и податливым и называется перлитом для его внешнего вида. Быстрое охлаждение, с другой стороны, не позволяет время для такого разделения и создает твердый и хрупкий мартенсит . Сталь может быть затем отпуску при повторном нагревании до температуры между ними, изменяя пропорции перлита и мартенсита. Конечный продукт ниже 0,8% содержания углерода представляет собой смесь перлита-αFe, и что выше 0,8% Содержание углерода является перлит-цементит смесью.

В сером чугуне углерод существует в виде отдельных, тонкие хлопьев графита , а также оказывает материал хрупких из - за острые края хлопьев графита , которые производят концентрации напряжений участков в пределах материала. Более новый вариант серого чугуна, упоминается как ковкого чугуна , специально обрабатывают следовых количеств магния , чтобы изменить форму графита к сфероидов, или узелков, снижая концентрацию напряжений и значительно повышает ударную вязкость и прочность материала.

Кованое железо , содержит менее 0,25% углерод , но большое количество шлака , которые придают ей волокнистую характеристику. Это жесткий, податливый продукт, но не так , как плавкий чугун. Если отточенные к краю, он теряет это быстро. Кованое железо характеризуется наличием тонких волокон шлака захваченных внутри металла. Кованое железо более устойчив к коррозии , чем сталь. Она была почти полностью заменена мягкой стали для традиционных «кованого железа» продуктов и кузнечного .

Производство чугуна 2009 (млн тонн )
Страна Железная руда Чугун Прямая железа Сталь
Китай 1,114.9 549,4 573,6
Австралия 393,9 4,4 5,2
Бразилия 305,0 25,1 0,011 +26,5
Япония 66,9 87,5
Индия 257,4 38,2 23,4 63,5
Россия 92,1 43,9 4,7 60,0
Украина 65,8 25,7 29,9
Южная Корея 0,1 27,3 48,6
Германия 0,4 20,1 0,38 32,7
Мир 1,594.9 914,0 64,5 1,232.4

Мягкая сталь корродирует более легко , чем кованое железо, но это дешевле и более широко доступен. Углеродистая сталь содержит 2,0% углерода или менее, с небольшим количеством марганца , серы , фосфора и кремния. Легированные стали содержат различные количества углерода, а также другие металлы, такие как хром , ванадий , молибден , никель, вольфрам и т.д. Их содержание сплава повышает их стоимость, и поэтому они, как правило , только используется для специалиста использует. Один из распространенных легированной стали, однако, является нержавеющая сталь . Последние разработки в области черной металлургии произвели растущий ассортимент микролегированных сталей, также называемые « HSLA » или высокую прочность, низколегированные стали, содержащую мелкие дополнения для получения высокой прочности и часто впечатляющей прочности при минимальных затратах.

Кроме традиционных приложений, железо также используется для защиты от ионизирующего излучения. Несмотря на то, что это легче , чем другой традиционной защиты материала, свинец , он намного сильнее механически. Ослабления излучения в зависимости от энергии, показано на графике.

Основным недостатком железа и стали в том , что чистое железо, и большинство из его сплавов, сильно страдают от ржавчины , если не защищены каким - то образом, стоимость в размере более 1% мировой экономики. Картина , гальванизация , пассивация , пластиковые покрытия и воронение все они используются для защиты железа от ржавчины, исключая воду и кислород , или путем катодной защиты . Механизм ржавления железа выглядит следующим образом :

Катод: 3 O 2 + 6 Н 2 О + 12 е - → 12 OH -
Анод: 4 Fe → 4 Fe 2+ +-е - ; 4 Fe 2+ → 4 Fe 3+ +-е -
Общая оценка: 4 Fe + 3 O 2 + 6 H 2 O → 4 Fe 3+ + 12 OH - → 4 Fe (OH) 3 или 4 FeO (OH) 4 + Н 2 О

Электролита, как правило , сульфат железо (II) , в городских районах (образуются при атмосферной двуокиси серы атаки железа), а также частицы соли в атмосфере в прибрежных районах.

соединения железа

Несмотря на то, доминирующее использование железа в металлургии, соединение железа, также широко распространены в промышленности. Железные катализаторы традиционно используются в процессе Haber-Bosch для производства аммиака и процесса Фишера-Тропша для превращения монооксида углерода в углеводороды для горюче-смазочных материалов. Порошок железа в кислом растворителе , был использован в сокращении Бешан сокращение нитробензола до анилина .

Железо (III) , хлорид находит применение в области очистки воды и очистки сточных вод , в крашения ткани, в качестве окрашивающего агента в красках, в качестве добавки в корм для животных, а также в качестве травителя для меди в производстве печатных плат . Она также может быть растворена в спирте с образованием настойку из железа, который используется в качестве лекарственного средства , чтобы остановить кровотечение в канареек .

Железа (II) сульфат используется в качестве предшественника других соединений железа. Он также используется , чтобы уменьшить хромата в цементе. Он используется для обогащения продуктов питания и лечения железодефицитной анемии . (III) , сульфат железы используются в решении мельчайших частиц сточных вод в резервуаре для воды. Хлорид железа (II) используют в качестве восстанавливающего агента флокулянтов, в образовании комплексов железы и окислы железа магнитных, и в качестве восстанавливающего агента в органическом синтезе.

Биологическая и патологическая роль

Железо необходимо для жизни. Эти кластеры железа-серные широко распространены и включают нитрогеназные , ферменты , ответственные за биологическую фиксацию азота . Железосодержащие белки участвуют в транспортировке, хранении и использовали кислород. Железные белки участвуют в переносе электронов .

Структура Гем б ; в белковом дополнительного лиганда (ов) будут приложены к Fe.

Примеры железосодержащих белков в высших организмах , включают гемоглобин, цитохром (см высокого валентного железа ) и каталазы . Средний взрослый человек содержит около 0,005% массы тела железа, или около четырех грамм, из которых три четверти находится в гемоглобине - уровень , который остается постоянным , несмотря на только около одного миллиграмма железа поглощается каждый день, потому что человеческое тело перерабатывает его гемоглобин для содержания железа.

биохимия

Приобретение железа представляет собой проблему для аэробных организмов , поскольку трехвалентного железа плохо растворим вблизи нейтрального значения рН. Таким образом, эти организмы были разработаны средства для поглощения железа в виде комплексов, иногда занимая двухвалентное железо , прежде чем окислительных его обратно в трехвалентное железо. В частности, бактерии развивались очень высокой аффинность комплексообразующих агентов , называемые сидерофоры .

После поглощения в человеческих клетках , хранение железа точно регулируется. Одним из основных компонентов этого регулирования является белок трансферрин , который связывает ионы железа всасываются из двенадцатиперстной кишки и переносит его в крови к клеткам. Трансферрина содержит Fe 3+ в середине искаженного октаэдра, связанного с одним атомом азота, трех атомов кислорода и хелатирующего карбоната анион , который улавливает ЭФ 3+ иона: оно имеет такую высокую стабильность постоянной , что она очень эффективна при принятии до Fe 3 + ионы , даже из наиболее стабильных комплексов. В костном мозге, трансферрина уменьшается с Fe 3+ и Fe 2+ и хранится в виде ферритина , которые будут включены в гемоглобин.

Наиболее широко известное и изученное бионеорганическое соединение железа (биологические молекулы железа) являются гем белок : примеры гемоглобин , миоглобин и цитохром Р450 . Эти соединения участвуют в транспортировке газов, создание ферментов и переноса электронов . Металлопротеинов представляют собой группу белков с ионом металла кофакторов . Некоторые примеры железа металлопротеинов являются ферритин и rubredoxin . Многие ферменты жизненно важное значение для жизни содержат железо, такие как каталаза , липоксигеназы и IRE-BP .

Гемоглобин является носителем кислорода , который происходит в красных кровяных клеток и способствует их цвет, транспортировки кислорода в артериях от легких к мышцам , где он передается на миоглобин , который хранит его до тех пор, пока это необходимо для метаболического окисления глюкозы , выработки энергии , При этом гемоглобин связывается с диоксидом углерода , полученного при окислении глюкозы, которая транспортируется по венам гемоглобином (преимущественно в виде бикарбоната анионов) обратно в легкие , где она выдыхается. В гемоглобине железо находится в одном из четырех гема групп и имеет шесть возможных координационные участки; четыре заняты атомами азота в порфириновом кольце, пятом с помощью имидазола азота в гистидина остатке одной из белковых цепей , присоединенных к группе гема, а шестой зарезервирован для молекулы кислорода она может обратимо связываться с. Когда на гемоглобин не прикреплен к кислороду (и тогда называется дезоксигемоглобин), в Fe 2+ ионов в центре гема группы (в гидрофобной внутренней белка) находится в конфигурации с высоким спином. Таким образом , слишком велик , чтобы поместиться внутри порфиринового кольца, которая изгибается , а не в купол с Fe 2+ иона около 55 пм над ним. В этой конфигурации, шестое координационное место зарезервированы для кислорода блокируются другим остатком гистидина.

Когда деоксигемоглобин поднимает молекулу кислорода, этот остаток гистидина уходит и возвращается после того , как кислород , надежно присоединен, образует водородную связь с ней. Это приводит к Fe 2+ ионов переключения в конфигурацию с низкоспиновой, что приводит к уменьшению ионного радиуса 20% , так что теперь оно может поместиться в порфириновом кольцо, которое становится плоским. (Кроме того, это водородных связей приводит к наклону молекулы кислорода, в результате чего угол связи Fe-O-O - около 120 ° , что позволяет избежать образования Fe-O-Fe или Fe-O 2 -Fe мосты , что приведет для переноса электрона, окисления Fe 2+ до Fe 3+ , и разрушения гемоглобина.) Это приводит к перемещению всех белковых цепей , что приводит к другим субъединицам гемоглобина изменения формы в форму с большим сродством к кислороду. Таким образом, когда деоксигемоглобин занимает кислород, его сродство к более кислорода увеличивается, и наоборот. Миоглобин, с другой стороны, содержит только одну группу гема и , следовательно , этот кооператив эффект не может произойти. Таким образом, в то время как гемоглобин почти насыщен кислородом в высоких парциальных давлениях кислорода , найденном в легкихах, его сродство к кислороду значительно ниже , чем у миоглобина, который оксигенирует даже при низких парциальных давлениях кислорода , найденных в мышечной ткани. Как описывается эффект Бора (названный в честь христианского Бора , отец Нильс Бор ), сродство кислорода гемоглобина уменьшается в присутствии диоксида углерода.

Гем единица человеческого карбоксигемоглобина , показывающий карбонильный лиганд на апикальное положении, транс к остатку гистидина.

Окись углерода и фосфор , трифторид токсичны для человека , потому что они связываются с гемоглобином кислород аналогично, но с гораздо большей силой, так что кислород уже не может быть транспортирован по всему телу. Гемоглобин связан с монооксидом углерода известен как карбоксигемоглобин . Этот эффект также играет незначительную роль в токсичности цианида , но основной эффект, безусловно , его вмешательства в надлежащем функционировании электронного транспорт белка цитохром а. Цитохрома белки также включают группы гема и участвуют в метаболическом окислении глюкозы кислородом. Шестое координационное место затем занимают либо другой азотом имидазола или метионин серой, таким образом , что эти белки в значительной степени инертные по отношению к кислороду - за исключением цитохрома а, что облигации непосредственно к кислороду , и , таким образом , очень легко отравлен цианидом. В данном случае перенос электронов происходит , как железо остается в низкой спине , но изменения между состояниями окислением +2 и +3. Так как восстановительный потенциал каждого шага немного больше , чем предыдущий, энергия выделяется шаг за шагом и таким образом могут быть сохранены в аденозинтрифосфата . Цитохром а немного отличается, так как она происходит в митохондриальной мембране, соединяется непосредственно с кислородом, и переносит протоны, а также электроны, следующим образом :

4 Cytc 2+ + O 2 + 8H +
внутри
→ 4 Cytc 3+ + 2 Н 2 О + 4H +
снаружи

Несмотря на то, что гем белки являются наиболее важным классом железосодержащих белков, что белки железа-сера также являются очень важными, будучи вовлеченной в передаче электронов, что возможно , так как железо может устойчиво существовать либо в состояниях окисления +2 или +3. Они имеют один, два, четыре атома, или восемь железа, каждая из приблизительно тетраэдрически координированный с четырьмя атомами серы; из - за этого тетраэдрической координацией, они всегда имеют высокий спин железо. Простейший из таких соединений является rubredoxin , который имеет только один атом железа скоординированный с четырьмя атомами серы из цистеина остатков в окружающих пептидных цепей. Другой важный класс белков железо-сера является ферредоксинов , которые имеют несколько атомов железа. Transferrin не принадлежит ни к одному из этих классов.

Способность морских мидий поддерживать свою власть на скалах в океане способствует их использованию металлоорганических связей на основе железа в их богатых белком кутикулы . На основе синтетических реплик, присутствие железа в этих структурах увеличился модуль упругости 770 раз, предел прочности на разрыв 58 раз, а ударная вязкость в 92 раза. Величина напряжения , необходимое для необратимого повреждения их увеличилась на 76 раз.

Здоровье и диета

Железо является широко распространенной, но особенно богатым источником диетического железа включают красное мясо , устрицы , чечевица , бобы , мясо птицы , рыба , листовые овощи , кресс , тофу , нут , коровий горох , и патока . Хлеб и зерновые завтраки иногда специально обогащенных железом.

Железо обеспечивается диетическими добавками часто встречаются в железе фумарата (II) , хотя железо (II) , сульфат дешевле и поглощается одинаково хорошо. Элементный железо, или восстановленное железо, несмотря на то , абсорбируется только в одной трети до двух третей эффективности ( по сравнению с сульфатом железа), часто добавляют в пищевые продукты , такие как зерновые завтраки или обогащенной пшеничной муки. Железо является наиболее доступным для тела , когда хелатные на аминокислоты , а также доступен для использования в качестве общей добавки железа . Глицин , наименее дорогой аминокислота, наиболее часто используется для производства железа глицина добавки.

Диетические рекомендации

Институт медицины США (IOM) обновлен Оценочные Средние требования (колос) и Рекомендуемые Диетические пособия (РАР) для железа в 2001 годе текущего EAR для железа для женщин в возрасте 14-18 составляют 7,9 мг / сут, 8,1 для возрастов 19-50 и 5.0 в дальнейшем (после менопаузы). Для мужчин EAR составляет 6,0 мг / сут в течение 19 веков и выше. RDA составляет 15,0 мг / день для женщин в возрасте 15-18, 19-50 для 18,0 и 8,0 после этого. Для мужчин, 8,0 мг / сут в течение 19 веков и выше. РАР выше , чем Уши с тем чтобы определить суммы , которые будут охватывать человек выше , чем средние требования. РДА для беременности составляет 27 мг / сут, а для лактации, 9 мг / сут. Для детей в возрасте 1-3 лет 7 мг / сут, 10 для возрастов 4-8 и 8 для возрастов 9-13. Что касается безопасности, то МОМ также устанавливает верхний допустимый уровень потребления (ULS) для витаминов и минералов , когда доказательства достаточно. В случае железа восходящей установлена на уровне 45 мг / сут. В совокупности ушей, АРРЫ и ULS упоминаются как Диетический номер Потребление .

Европейский орган по безопасности пищевых продуктов (EFSA) относится к коллективному набору информации как Диетические эталонных значений, с справочном населения Intake (PRI) вместо АРР, и средняя потребность вместо EAR. AI и UL определяется так же , как и в Соединенных Штатах. Для женщин ИРП составляет 13 мг / сут в возрасте 15-17 лет, 16 мг / день для женщин в возрасте от 18 и до , которые пременопауза и 11 мг / сут в постменопаузе. При беременности и лактации, 16 мг / сут. Для мужчин ИРП 11 мг / сут в возрасте от 15 лет и старше. Для детей в возрасте от 1 до 14 ПОИ возрастает от 7 до 11 мг / сут. В Прис выше , чем в США АРР, за исключением беременности. EFSA рассмотрел тот же вопрос безопасности не устанавливает UL.

Младенцы могут потребовать добавки железа , если они вскармливание коровьего молока. Частые доноры крови подвержены риску низкого уровня железа и часто советуют дополнить их потребление железа.

Для продуктов питания США и диетических целей дополнения к маркировке количество в порции выражается в процентах от суточной нормы (% DV). Для целей маркировки железы 100% от суточной нормы составли ет 18 мг, а также от 27 мая 2016 года остался на прежнем уровне 18 мг. Таблица всех старых и новых взрослых суточных значений обеспечиваются при Ссылка суточного потребления . Оригинальный срок быть в соответствии был 28 июля 2018, но 29 сентября 2017 года США за продукты и лекарства выпустили предлагаемое правило, продлен срок до 1 января 2020 года для крупных компаний и 1 января 2021 года для небольших компаний.

дефицит

Дефицит железы является наиболее распространенным пищевым дефицитом в мире. Когда потери железы не адекватно компенсируются адекватной пищей железа, состояние латентного дефицита железа происходит, что с течением времени приводит к железодефицитной анемии , если его не лечить, которое характеризуется недостаточным количеством красных кровяных клеток и недостаточным количество гемоглобина. Дети, до менопаузы женщина (женщины детородного возраста), а также люди с плохим питанием наиболее восприимчивы к этому заболеванию. В большинстве случаев железодефицитной анемии умеренны, но если не лечить может вызвать проблемы , такие как быстрый или нерегулярных пульса, осложнения во время беременности, и задержка роста у детей раннего возраста и детей.

превышение

Поглощение железа жестко регулируется человеческим телом, которое не имеет регулируемых физиологических средств выведения железа. Только небольшие количества железа теряются ежедневно из - за слизистой оболочки и эпителиальной клетки кожи закручивание, так что контроль уровня железа в основном осуществляется за счет регулирования поглощения. Регулирование поглощения железа нарушается у некоторых людей в результате генетического дефекта , который отображает в области гена HLA-H на хромосоме 6 и приводит к аномально низким уровням гепсидина , ключевого регулятора вступления железа в систему кровообращения в млекопитающие. У этих людей, чрезмерное потребление железа может привести к перегрузкам железа расстройства , известное в медицине как гемохроматоз . Многие люди имеют невыявленную генетическую предрасположенность к перегрузкам железа, и не знают о семейной истории проблемы. По этой причине, люди не должны принимать железосодержащие добавки , если они не страдают от дефицита железа и консультации врача. Гемохроматоз, по оценкам, причиной 0,3 до 0,8% от всех метаболических заболеваний европеоидов.

Передозировка проглоченного железа может вызвать чрезмерные уровни свободного железа в крови. Высокие уровни в крови свободного двухвалентного железа реагирует с пероксидами для получения высокой реакционной способностью свободных радикалов , которые могут повредить ДНК , белки , липиды и другие клеточные компоненты. Железо токсичность имеет место , когда ячейка содержит свободное железо, которое обычно имеет место , когда уровень железа превышает наличие трансферрина связывать железо. Повреждение клеток желудочно - кишечного тракта может также предотвратить их от регулирующих всасывание железа, что приводит к дальнейшему увеличению уровней в крови. Железо обычно повреждает клетки в сердце , печени и в других местах, в результате чего неблагоприятных эффектов , которые включают кома , метаболический ацидоз , шок , печеночную недостаточность , коагулопатию , респираторный дистресс - синдром взрослых , долгосрочное повреждение органа, и даже смерть. Люди испытывают токсичность железа , когда железо превышает 20 миллиграммов на каждый килограмм массы тела; 60 миллиграммов на килограмм считается смертельной дозой . Сверхпотребление железа, часто является результатом детей есть большое количество сульфата железа таблетки , предназначенная для взрослого потребления, является одним из наиболее распространенных токсикологических причин смерти детей в возрасте до шести лет . Диетические номер всасывания (DRI) устанавливает верхний допустимый уровень потребления (UL) для взрослых , 45 мг / сут. Для детей в возрасте до четырнадцати лет восходящий составляет 40 мг / сут.

Медицинское управление токсичностью железы является сложным, и может включать в себя использование специфического хелатообразующего агента называется дефероксамином для связывания и удалить избыток железа из организма.

рак

Роль железа в защите от рака может быть описана как «палкой о двух концах» из - за его повсеместное присутствие в не-патологических процессах. Люди , имеющие химиотерапию может развиться дефицит железа и анемии , для которых внутривенная терапия препаратами железа используется для восстановления уровня железа. Железные перегрузки, которые могут произойти от высокого потребления красного мяса, может инициировать опухоли роста и увеличить восприимчивость к началу рака, в частности , для рака толстой кишки .

Смотрите также

Рекомендации

Список используемой литературы

дальнейшее чтение

  • HR Шуберта, История британской металлургической промышленности ... в 1775 году нашей эры (Routledge, Лондон, 1957)
  • РФ Tylecote, История металлургии (Институт материаловедения, Лондон 1992).
  • РФ Tylecote, «Железный в промышленной революции» в J. День и РФ Tylecote, промышленной революции в металлах (Институт материалов 1991), 200-60.

внешняя ссылка