geležis

Geležis yra ketvirtasis pagal paplitimą Žemės plutos elementas – Žemėsplutoje jos yra 4,7% masės. Gryna geležis sutinkama labai retai. Kai kuriemeteoritai sudaryti iš geležies. Grynos geležies aptikta Mėnulio grunte.Manoma, kad daugiausiai geležies (kartu su nikeliu) yra Žemės branduolyje. Svarbiausios geležies rūdos – magnetitas Fe3O4, hematitas – Fe2O3,sideritas – FeCO3, limonitas – HFeO2 · nH2O, getitas – FeOOH. Rūda, turintidaugiau kaip 50% geležies, vadinama sodria, 50-25% – vidutine, mažiau kaip25% – skurdžia rūda. Vidutinė ir skurdi rūda sodrinama prieš dedant ją įaukštakrosnę ketui gauti. Didžiausi geležies rūdų telkiniai yraAustralijoje, Brazilijoje, JAV, Indijoje, Kanadoje, Rusijoje. Lietuvoje rasta magnetito intarpų netoli Marcinkonių. Pelkėse irupių, tekančių pelkėtomis vietomis, šlaituose rasta limonito. Nedideliaiskiekiais randama ir kitų geležies rūdų.

GELEŽIES GAVIMAS

Pirmiausia žmogus savo reikmėms panaudojo meteoritinę geležį. Tik IItūkstantmetyje pr.Kr. jis išmoko geležį gauti iš rūdų. Senovėje geležisbuvo lydoma iš limonito. Geležis ir jos dirbiniai įvairiose pasaulio šalysepradėti naudoti ir gaminti įvairiu laiku: Mažojoje Azijoje, Egipte,Mesopotamijoje, Užkaukazėje, Indijoje – XII – IX a.pr.Kr., Viduržemio jūrospakrantėse – XII – X a.pr.Kr., Europoje – VIII – II a.pr.Kr. Lietuvoje geležies amžiaus pradžia laikomas V a.pr.Kr. Vietinėgeležis pradėta gaminti maždaug I a., o iki to laiko geležinių dirbiniųturėta nedaug. Kaip ir anksčiau, įrankiai buvo daromi iš akmens, žalvario,medžio, kaulo, rago. Tuo laikotarpiu jau atsirado piliakalnių. Juose rastažidinių, krosnelių metalams lydyti, gynybinių įrengimų. Iki XIV a. geležis iš rūdos buvo redukuojama medžio anglimi žaizdre,į kurį buvo pučiamas oras dumplėmis, kai kur naudojo medinius stūmoklinius

siurblius. Vėliau atsirado šachtinės krosnys, o nuo XVI a. – aukštakrosnės. Lietuvoje geležis buvo lydoma iki XIX a. Liejyklos XV a. veikėRūdininkų girioje, vėliau – Kražiuose, Linkmenų, Raseinių, Ukmergėsapylinkėse. Ilgainiui darbo įrankių reikėjo vis daugiau, todėl tekotobulinti ir plėsti geležies gamybą. Iš geležies rūdų pirmiausia gaminamas ketus, o iš jo lydomasplienas.Ketus gaunamas aukštakrosnėse. Jos būna įvairių dydžių.Aukštakrosnėse iš vidaus išklota kaitrai atspari medžiaga, iš viršausapdengta plieniniais lakštais. Be pertraukos veikia apie 5-10 metų. Jiveikia priešpriešinės srovės principu. Kietos medžiagos – įkrova juda išviršaus žemyn, o dujų – iš apačios į viršų. Degimui reikalingas pakaitintasiki 800-1200 oC oras teikiamas pūstuvais. Pastaruoju metu vartojamasdeguonimi įsodrintas oras arba deguonis. Degant koksui susidaro CO2, kuriskildamas aukštyn reaguoja su įkaitinta anglimi:

CO2 + C ( 2CO

Karštas dujų mišinys teka pro įkrovą ir ją įkaitina. Iš įkrovosišgaruoja drėgmė, redukuojama geležis ir kiti elementai, išsilydo metalas,susidaro šlakas. Geležis redukuojama anglimi, anglies(II) oksidu ir vandeniliu: >570 oC Fe2O3 ( Fe3O4 ( FeO ( Fe arba <570 oC Fe2O3 ( Fe3O4 ( Fe

Suminė lygtis:

Fe2O3 + 3CO ( 2Fe + 3CO

Redukcija vyksta viršutinėje aukštakrosnės dalyje. Redukuotojegeležyje ištirpsta 3,5-4% anglies, šiek tiek Si, Mn, P. Toks lydinys yraketus. Jis nuteka į aukštakrosnės žaizdrą. Iš fliusų, susilydžiusių su kuropelenais. Neredukuota bergždžiąja uoliena ir oksidacijos produktais,susidaro šlakas, kuris susirenka žaizdre ant metalo. Pro atskirus latakusperiodiškai išleidžiamas ketus ir šlakas. Aukštakrosnėje gaunami tokie produktai: perdirbamasis, liejamasisketus, ferolydiniai, aukštakrosnės dujos ir šlakas. Tonai ketaus gauti

sunaudojama apie 2t rūdos, 0,65 t kokso, 3t oro. Be ketaus dar gaunama apie0,5t šlako ir 3t aukštakrosnės dujų. Europoje aukštakrosnės pradėtos statyti XIV a. viduryje. Išlydytas ketus gryninamas Marteno, Besemerio aparatuosekonverteriniu būdu arba elektrinėse krosnyse. Didžioji priemaišų dalissudega – susidaro lakūs produktai, kurie patenka į atmosferą. Gautamepliene anglies lieka apie 1% Gryna geležis gaunama geležies oksidus redukuojant vandeniliu,elektrolizuojant druskų tirpalus, termiškai skaidant kai kuriuos geležiesjunginiu, pvz., geležies ………… Iš aukštakrosnėje ar konverteryje gauto šlako daroma skalda keliamas,šlako vata, pemza, jo dedama į cementą, jis naudojamas kaip betonųužpildas.

CHEMINĖS SAVYBĖS

Geležis yra vidutinio aktyvumo metalas. Junginiuose jai būdingioksidacijos laipsniai +2 ir +3. Drėgname ore rūdija. Kaitinama reaguoja beveik su visais nemetalais:

3Fe + 2O2 ( Fe3O4 + Q

Fe + S ( FeS + Q

2Fe + 3Cl2 ( 2FeCl3 + Q

Reaguojant geležiai su nelabai aktyviais nemetalais – C, Si, N, P –gali susidaryti junginiai, kietieji tirpalai arba sistemos, panašios įmetališkuosius junginius. Geležis lengvai tirpsta stipriose praskiestose rūgštyse ir išstumiavandenilį:

Fe + 2H3O+ + 2Cl- ( Fe2+ + 2Cl- + H2 + 2H2O Fe + 2H3O+ ( Fe2+ + H2 + 2H2O

Koncentruotose azoto ir sieros rūgštyse ji netirpsta, nespasyvuojasi; reaguoja tik pakaitinus: t 2Fe + 6H2SO4 ( Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O Fe + 6HNO3 ( Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

Reaguojant praskiestai azoto rūgščiai su geležimi susidaro įvairiųproduktų.Įkaitinta geležis reaguoja su vandens garais:

<570 oC 3Fe + 4H2O ( Fe3O4 + H2 >570 oC Fe + H2O ( FeO + H2

Geležis išstumia iš druskų tirpalų, esančius metalų įtampų eilėje įdešinę nuo jos:

Fe + CuSO4 ( Cu FeSO4

Fe + Cu2+ ( Cu + Fe2+

GELEŽIES OKSIDAI IR HIDROKSIDAI. JŲ SAVYBĖS

Geležis sudaro tokius oksidus: FeO, Fe2O3 ir mišrųjį Fe3O4. Jei

gaunami oksiduojant geležį arba skaidant karbonatus, hidroksidus, nitratus,sulfatus: 400oC 3FeCO3 ( Fe3O4 + 2CO2 + CO >480 oC 2FeSO4 ( Fe2O3 + SO2 + SO3 >500 oC Fe2(SO4)3 ( Fe2O3 + 3SO3 >500 oC 2Fe(OH)3 ( Fe2O3 + 3H2O

FeO galima gauti redukuojant Fe2O3 arba Fe3O4 anglies(II) oksidu arvandeniliu: >500 oC Fe2O3 + CO ( 2FeO + CO2 t Fe2O3 + H2 ( 2FeO + H2O >500 oC Fe3O4 + CO ( 3FeO + CO2

FeO yra bazinis oksidas, tirpstantis tik rūgštyse:

FeO + 2HCl ( FeCl2 + H2O Juodi šviesiai Milteliai žalsvas Vandeniniuose tirpaluose egzistuoja šviesiai žalsvas [Fe(H2O)6]2+jonas, todėl FeO sąveikos su HCl lygtį teisingiau rašyti taip:

FeO + 2H3O+ + 3H2O ( [Fe(H2O)6]2+

Fe2O3 – amfoterinių savybių turintis oksidas (vyrauja bazinėssavybės). Tai raudoni, vandenyje netirpstantys milteliai. Lydomas sušarmais, šarminių metalų karbonatais ar baziniai oksidais sudaro feritusarba dioksoferatus(III): t Fe2O3 + 2NaOH ( 2NaFeO2 + H2O t Fe2O3 + Na2CO3 ( 2NaFeO2 + CO2

Per šias reakcijas išryškėja rūgštinės Fe2O3 savybės. Reaguodamas su HCL šis oksidas elgiasi kaip bazė:

Fe2O3 + 6HCl ( 2FeCl3 + 3H2O

Tirpale susidaro šviesiai violetinis kompleksinis jonas [Fe(H2O)6]3+

Fe2O3 + 6H3O+ + 3H2O ( 2[Fe(H2O)6]3+

Fe(OH)2 – balta, vandenyje netirpstanti, bazinių savybių turintimedžiaga. Reaguoja su rūgštimis: Fe(OH)2 + 2H3O+ + 2H2O ( [Fe(H2O)6]2+

Ore greitai oksiduojasi: 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O ( 4Fe(OH)3

Fe(OH)3 – raudonai ruda, vandenyje netirpstanti kristalinė medžiaga.Amfoterinis junginys, kuriame vyrauja bazinės savybės (rūgštinės savybėslabai silpnos): Fe(OH)3 + 3HCl ( FeCl3 + 3H2O arba

Fe(OH)3 + 3H3O+ ( [Fe(H2O)6]3+ šviesiai violetinis

Iš rūgščių tirpalų kristalizuojasi kristalhidratas FeCl3 · 6H2O. Neutraliuose tirpaluose Fe(III) druskos smarkiai hidrolizuojasi ir

įgyja geltonai rudą atspalvį: H+

[Fe(H2O)6]3+ + H2O ( [Fe(H2O)5OH]2+ + H3O+

[Fe(H2O)5OH]2+ + H2O ( [Fe(H2O)4(OH)2]+ + H3O+

[Fe(H2O)4(OH)2]+ + H2O ( [Fe(H2O)3(OH)3] + H3O+ Tirpalą pašildžius susidaro koloidinės dalelės, kurios sukimba įstambesnius sambūrius ir iškrinta rudai raudonos spalvos drebučių pavidalonuosėdos CO3 · nH2O. Fe(OH)3 lydant su šarmais gaunami feritai:

Fe(OH)3 + NaOH ( NaFeO2 + 2H2O

Fe(OH)3 tirpsta koncentruotuose šarmų tirpaluose:

Fe(OH)3 + KOH ( K[Fe(OH)4] kalio tetrahidroksoferatas(III)

Geležies(III) junginiai daug stabilesni už geležies(II) junginius.

ISTORINĖ APŽVALGA

Labiausiai įtikima, kad pirmą kartą žmogus susipažino su meteoritųgeležimi. Senovės egiptiečiai geležį vadino tokiu vardu, kuris reiškė„dangiškos prigimties”. Meteoritų geležį žinojo ir Mesopotamijos*civilizacijos III tūkstantmetyje pr. Kr. ir vadino ją „ugnimi iš dangaus”.Aiškią naktį „krintančios žvaigždės” palieka ryškų švytintį pėdsaką dangausskliaute, tačiau tai ne žvaigždės, o krintančių akmeninių ar geležiniųmeteoritų gabalai. Geležiniai meteoritai sudaro apie 5,7% visų krintančiųmeteoritų. Kadangi meteoritinės geležies buvo randama retai ir mažai, išjos buvo daromi papuošalai. Nedidelius jos gabalėlius įteikdavo karo, beisporto varžybų nugalėtojams. Homero „Odisėjoje” pasakojama, kad žaidyniųnugalėtojui buvo įteiktas gabalėlis aukso ir gabalėlis geležies. IItūkstantmetyje pr. Kr. Babilonijoje geležis buvo 8 kartus brangesnė užsidabrą. Geležis buvo naudojama kaip pinigai. Romos valstybės veikėjas,karvedys ir rašytojas Julijus Cezaris (Caesar; 102 ar 100-44 m. pr. Kr.)„Galų karo užrašuose” mini britų naudojamus pinigus – varines ir auksinesmonetas bei tam tikro svorio geležines lazdeles. Tokie pinigai buvo paplitę

ir Spartoje. Geležies amžius atėjo tuomet, kai žmogus išmoko išgauti geležį iš„akmens”, kuriame ji „slepiasi”. Statydamas būstą žmogus pastebėjo, kadveikiami karščio ir anglių akmenys kinta, iš jų gauta medžiaga tinkapeiliams, kirviams, ginklams gaminti. Italų archeologai Kafue upės krantuose aptiko geležies lydymokrosnies ir šlako liekanų bei meteoritinės prigimties kirvį. Radiniai galibūti III tūkstantmečio pr. Kr. Pabaigos arba II tūkstantmečio pr. Kr.Pradžios. Alchemikai tvirtino, kad yra mistinis ryšys tarp geležies ir raudonosjudrios dangaus planetos Marso. Geležis – metalas, iš kurio daromi ginklai,o Marsas – planeta, kuri senovės romėnams simbolizavo karo dievą Marsą.Viduramžiais geležis ir Marsas buvo vaizduojami tuo pačiu ženklu ♂. Lotyniškas geležies pavadinimas ferrum gali būti siejamas su graikųir lotynų kalbų žodžiu fars, kuris reiškia „būti kietam”. Jis panašus įžodį ferrus – „nejautrus”, „tvirtas”, „nepalenkiamas” Žmogus organizme apie 65% geležies įeina į hemoglobino sudėtį irdalyvauja deguonies apykaitoje, oksidacijos reakcijose; 20-25% geležies yrasusijungę su baltymais ir kaip geležies atsarga būna kepenyse. Geležisgeriau įsisavinama iš gyvulinių maisto produktų (iki 30%), blogiau (iki10%) – iš augalinių. Įsisavinimą skatina vitaminas C, fosfatai, taninorūgštis (taninų yra rabarbaro, sidabražolės šaknyse, akacijos, maumedžiožievėje, arkliauogės, pūkenio lapuose). Paros norma vyrui apie 10mg,moteriai – apie 15mg geležies.

* Mesopotamija, arba Tarpupis, – vienas seniausių civilizacijos centrųTigro ir Eufrato upių baseine.

———————–ReferatasVaidotas Gudauskas

2004 Ylakiai