Урок 29 Получить доступ за 50 баллов Железо. Часть вторая

Сплавы железа

Чистое железо непрочное, очень мягкое и поэтому не находит применения.

Все изделия, которые называют обычно железными, на самом деле изготовлены из сплавов железа с углеродом.

Углерод сильно изменяет свойства железа: понижает температуру плавления, повышает твёрдость и хрупкость, уменьшает ковкость и свариваемость.

В зависимости от условий изготовления сплава углерод может оказаться растворённым в железе, химически с ним связанным в карбид железа (цементит Fe3C) или распределённым в железе в виде кристалликов графита.

По содержанию углерода сплавы железа разделяют на чугуны и стали.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Чугун содержит более 2% углерода, он обладает высокой твёрдостью, однако при этом очень хрупкий – при ударе дробится на куски.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Кроме углерода чугун содержит и другие элементы (кремний, марганец).

Из чугуна отливают станины машин, корпуса двигателей, цилиндры и трубы – те детали, где нужна большая твердость. 

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Особенность чугуна состоит в том, что он, как и вода, при затвердевании не сжимается, а расширяется.

Поэтому чугун хорошо заполняет литейную форму, и из него отливают детали сложной конфигурации (ограды парков, скульптуры).

Сталь содержит менее 2% углерода и по свойствам очень сильно отличается от чугуна.

Она мягкая и ковкая. Для придания сталям специальных свойств в их состав вводят легирующие химические элементы.

Сталь, содержащую такие элементы, называют легированной. Важнейшими легирующими элементами являются хром, никель, марганец, ванадий.

Например, сталь, легированную хромом и никелем, называют нержавеющей. Она широко знакома всем по вилкам, ножам и другим предметам домашнего обихода.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Изначально при выплавке железа из железной руды проводят восстановление железа коксом. При этом избыток углерода растворяется в железе и образуется чугун.

В последующем, если нужно получить сталь, через полученный чугун продувают горячий воздух, в результате чего в первую очередь окисляется более химически активный углерод – процент его в растворе становится меньше и образуется сталь.

По итогу смело можно утверждать, что железо – это металл цивилизации!

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Биологическая роль железа

В организмах животных и человека железо – важный микроэлемент.

В частности, оно входит в состав гемоглобина крови, благодаря которому осуществляется процесс дыхания: перенос кислорода из лёгких к тканям.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Соединениями железа являются многие ферменты. Основным «депо» железа в организме является белковый комплекс ферритин, одна его молекула может хранить до 4000 атомов железа.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

В организме взрослого человека содержится 3-4 г железа.

Недостаток железа приводит к заболеванию – анемии.

У растений аналогичное заболевание называется хлороз – от слова «желтый», поскольку при недостатке железа листья вместо зеленых становятся желтыми: в них наблюдается недостаток хлорофилла.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Наиболее богаты железом печень и селезёнка.

При малокровии рекомендуют пищу, богатую соединениями железа: мясо, гречка, яблоки, салат.

В древности людям, страдающим анемией, прописывали пить сырую кровь животных.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Однако любой живой организм представляет собой четко сбалансированную систему. И повышенное содержание железа так же вредно, как и пониженное.

Избыток железа может вызвать заболевание крови и печени – гемохроматоз, который, в свою очередь, вызывает различные заболевания: диабет, артрит, цирроз.

Баланс в организме нужно соблюдать не только с железом, но и со всеми остальными веществами: белками, жирами, углеводами, витаминами, минералами.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Коррозия металлов

Коррозия (от латинского слова «коррозио» – разъедание) – это самопроизвольно протекающий процесс разрушения металлов в результате взаимодействия с окружающей средой.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Обратите внимание на слово «самопроизвольно».

Металлы, вступая в реакции с веществами окружающей среды, стремятся перейти в соединения, в которых они находились в природе: оксиды, сульфиды.

Коррозия является процессом, обратным процессу получения металлов из природных соединений.

Потери от коррозии огромны. Но вред, наносимый коррозией, не сводится только к потере металла вследствие его разрушения (прямые потери), больший вред наносят косвенные потери.

Напрасным оказывается труд людей, затраченный на обработку металла и создание тех или иных машин и механизмов.

Кроме того, немало труда приходится затратить, чтобы заменить изъеденные коррозией детали новыми.

Например, для замены проржавевших под землёй водопроводных труб приходится копать глубокие траншеи.

В городе для этого надо сначала взломать асфальт.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Для того чтобы бороться с коррозией, необходимо знать механизм её протекания.

Коррозия зависит от состава окружающей среды и природы металла.

В воде обычно содержится растворённый кислород, а в окружающем нас воздухе имеются и вода, и кислород.

Под действием кислорода на поверхности металлов образуется оксидная плёнка.

Именно эта плёнка придаёт коррозионную стойкость алюминию, цинку, титану, хрому, никелю и некоторым другим металлам. Но к железу это не относится.

На поверхности железа под действием кислорода и воды образуется бурый слой ржавчины. Уравнение этого процесса условно записывают так:

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Ржавчина имеет неопределённый состав.

Она пористая, молекулы кислорода проникают сквозь неё к поверхности металла, в результате железо рассыпается в порошок.

В отсутствие кислорода железо в воде практически не изменяется.

Коррозия металла резко усиливается, если он соприкасается с другим, менее активным металлом.

При контакте двух металлов разрушается более активный.

И чем левее стоит металл в ряду активности, тем сильнее он разрушается и тем надёжнее защищён от коррозии менее активный металл.

Поэтому в конструкциях следует избегать прямого контакта разных металлов.

 

Для защиты от коррозии применяют разнообразные методы:

  • Легирование металлов. В качестве легирующих добавок применяют хром, никель, кремний. Известная всем нержавеющая сталь содержит около 18% хрома и около 10% никеля
  • Изоляция металла от окружающей среды путём применения различных покрытий: эмалирование, лужение, цинкование, никелирование. Лужение и цинкование – химически противоположные процессы. Олово менее активно, чем железо, а цинк более активен. При повреждении слоя цинка разрушаться будет более активный цинк. И до тех пор, пока весь цинк не разрушится, железо защищено от коррозии
  • Создание контакта с более активным металлом. Например, для защиты стального трубопровода к нему приваривают листы из цинка или магния

Для чего вам это знать, спросите вы? Всё просто: для того, чтобы избежать ошибок при работе с металлическими предметами, уметь правильно защищать металл и понимать, для чего это нужно.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

В бесплатной версии урока недоступны:

  • Видео
  • Изображения
  • Дополнительная информация
  • Таблицы
  • Тесты
Получить доступ