Geležis

Turinys

1. Geležies radimas gamtoje 3
2. Geležies gavimas 3
3. Fizikinės savybės 5
4. Cheminės savybės 6
5. Poveikis žmogaus sveikatai 7
6. Klausimai po paragrafu 8

1. Geležies radimas gamtoje

Grynos geležies (ferito) gamtoje randama labai retai. Jos yra randama
meteorituose ir sustingusioje magmoje. Grynos geležies taip pat aptikta ir
Mėnulio grunte.

Geležies rūda, tai gamtinė mineralų sankaupa, iš kurios gaunama geležis.
Rūdos būna įvairios mineralinės ir cheminės sudėties. Žinoma daugiau kaip
300 mineralų sudarančių geležies rūdą. Svarbiausios geležies rūdos –
magnetitas Fe3O4, hematitas – Fe2O3, sideritas – FeCO3, limonitas – HFeO2 ·
nH2O, getitas – FeOOH. Rūda, turinti daugiau kaip 50% geležies, vadinama
sodria, 50-25% – vidutine, mažiau kaaip 25% – skurdžia rūda. Vidutinė ir
skurdi rūda sodrinama prieš dedant ją į aukštakrosnę ketui gauti.

Didžiausiuose telkiniuose geležies ištekliai siekia nuo kelių iki
keliasdešimties milijardų tonų: Kursko magnetinėje anomalijoje (Rusija) –
55, Minas gerais (Brazilija) -25. Daugiausia geležies rūdos (~90% visų
pasaulio išteklių) yra Ukrainoje, Rusijoje, Brazilijoje, Kanadoje,
Australijoje, JAV, Indijoje.

Lietuvoje yra įvairios mineralinės sudėties geležies rūdų. Didžiausi
telkiniai rasti pietrytinėje Lietuvos dalyje, Varėnos telkinyje. Rūdinis
telkinio metalas yra magnetitas. Šio telkinio ištekliai 142,2 mln. t.,
prognozuojami ištekliai – dar ~130 mln. t. Varėnos apylinkėse yra dar
keliolika į Varėnos telkinį panašių sankaupų, kurios sudaro Varėnos
geležies rūdos zoną. PPelkėse ir upių, tekančių pelkėtomis vietomis,
šlaituose rasta limonito (pelkių rūdos). Nedideliais kiekiais randama ir
kitų geležies rūdų.

2. Geležies gavimas

Pirmiausia žmogus savo reikmėms panaudojo meteoritinę geležį. Tik II
tūkstantmetyje pr.Kr. jis išmoko geležį gauti iš rūdų. Senovėje geležis
buvo lydoma iš limonito. Geležis ir jos di

irbiniai įvairiose pasaulio šalyse
pradėti naudoti ir gaminti įvairiu laiku: Mažojoje Azijoje, Egipte,
Mesopotamijoje, Užkaukazėje, Indijoje – XII – IX a.pr.Kr., Viduržemio jūros
pakrantėse – XII – X a.pr.Kr., Europoje – VIII – II a.pr.Kr.

Lietuvoje geležies amžiaus pradžia laikomas V a.pr.Kr. Vietinė geležis
pradėta gaminti maždaug I a., o iki to laiko geležinių dirbinių turėta
nedaug. Kaip ir anksčiau, įrankiai buvo daromi iš akmens, žalvario, medžio,
kaulo, rago. Tuo laikotarpiu jau atsirado piliakalnių. Juose rasta židinių,
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. veikė Rūdininkų
girioje, vėliau – Kražiuose, Linkmenų, Raseinių, Ukmergės apylinkėse.
Ilgainiui darbo įrankių reikėjo vis daugiau, todėl teeko tobulinti ir plėsti
geležies gamybą.

Iš geležies rūdų pirmiausia gaminamas ketus, o iš jo lydomas plienas.
Ketus gaunamas aukštakrosnėse. Jos būna įvairių dydžių. Aukštakrosnėse iš
vidaus išklota kaitrai atspari medžiaga, iš viršaus apdengta plieniniais
lakštais. Be pertraukos veikia apie 5-10 metų. Ji veikia priešpriešinės
srovės principu. Kietos medžiagos – įkrova juda iš viršaus žemyn, o dujų –
iš apačios į viršų. Degimui reikalingas pakaitintas iki 800-1200 oC oras
teikiamas pūstuvais. Pastaruoju metu vartojamas deguonimi įsodrintas oras
arba deguonis. Degant koksui susidaro CO2, kuris kildamas aukštyn reaguoja
su įkaitinta anglimi:

CO2 + C → 2CO↑

Karštas dujų mišinys te

eka pro įkrovą ir ją įkaitina. Iš įkrovos išgaruoja
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. Redukuotoje geležyje
ištirpsta 3,5-4% anglies, šiek tiek Si, Mn, P. Toks lydinys yra ketus. Jis
nuteka į aukštakrosnės žaizdrą. Iš fliusų, susilydžiusių su kuro pelenais.
Neredukuota bergždžiąja uoliena ir oksidacijos produktais, susidaro šlakas,
kuris susirenka žaizdre ant metalo. Pro atskirus latakus periodiškai
išleidžiamas ketus ir šlakas.

Aukštakrosnėje gaunami tokie produktai: perdirbamasis, liejamasis ketus,
ferolydiniai, aukštakrosnės dujos ir šlakas. Tonai ketaus gauti sunaudojama
apie 2t rūdos, 0,65 t kokso, 3t oro. Be ketaus dar gaunama apie 0,5t šlako
ir 3t aukštakrosnės dujų.

Europoje aukštakrosnės pradėtos statyti XIV a. viduryje.

Išlydytas ketus gryninamas Marteno, Besemerio aparatuose konverteriniu
būdu arba elektrinėse krosnyse. Didžioji priemaišų dalis sudega – susidaro
lakūs produktai, kurie patenka į atmosferą. Gautame pliene anglies lieka
apie 1%

Gryna geležis gaunama geležies oksidus redukuojant vandeniliu,
elektrolizuojant druskų tirpalus, termiškai skaidant kai kuriuos geležies
junginiu, pvz., geležies iš aukštakrosnėje ar konverteryje gauto šlako
daroma skalda keliamas, šlako vata, pemza, jo dedama į cementą, jis
naudojamas kaip betonų užpildas.

3. Fizikinės savybės

1) Agregatinė būsena – kieta.

2) Spalva – sidabriškai pilka.

3) Elektros laidumas – 9,7·10-8 Ω·m

4) Šilumos laidumo koeficientas – 74,04 W/(m·K)

5) Kietumas – kieta.

6) Blizgesys – blizgi.

7) Magneto poveikis – įsimagnetina.

8) Tankis – 7 874 kg/m3

9) Lydymosi temperatūra – 1539ºC

Ketaus ir plieno fizikinės bei cheminės savybės kinta pridėjus

legiruojančiųjų elementų – Cr, Ni, Mn, Ti, Mo

o, W, Co, Cu, Si, V, B, Zr ir

kitų. Šie priedai su geležimi ir anglimi sudaro metališkuosius junginius

ir karbidus, jų gali būti ištirpusių ferite, austenite, cementine. Dėl to

pakinta lydinio struktūra, savybės ir terminio apdirbimo sąlygos.

Pavyzdžiui chromas didina lydinio stiprumą, atsparumą dilumui kaitrai,

aplinkos poveikiui ( jei pliene yra >12% Cr, jis nerūdija), nikelis

didina kalumą, stiprumą, manganas – atsparumą susidėvėjimui, kalumą.

4. Cheminės savybės

Geležis yra vidutinio aktyvumo metalas. Junginiuose jai būdingi
oksidacijos laipsniai +2 ir +3.

Drėgname ore geležis oksiduojasi (rūdija) – reaguoja su oro deguonimi
sudarydama oksidą Fe2O3 · nH2O. Sausame ore, 250-300oC temperatūroje,
pasidengia atsparia, kompaktiška, saugančia nuo tolesnės oksidacijos oksidų
plėvele.

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 į
metališkuosius junginius.

Geležis lengvai tirpsta stipriose praskiestose rūgštyse ir išstumia
vandenilį:

Fe + 2H3O+ + 2Cl- → Fe2+ + 2Cl-↑+ H2 + 2H2O

Fe + 2H3O+ → Fe2+↑ + H2 + 2H2O

Koncentruotose azoto ir sieros rūgštyse ji netirpsta, nes pasyvuojasi;
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 įvairių
produktų.

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 į
dešinę nuo jos:

Fe + CuSO4 → Cu FeSO4

Fe + Cu2+ → Cu + Fe2+

5. Poveikis žmogaus sveikatai

Geležies yra visuose organizmuose (vid. ~0

0,02%). Geležis yra labai svarbus
gyvybę palaikantis elementas. Žmogaus organizme įvairių junginių pavidalų
būna 3–5g geležies. Jos yra visuose audiniuose, tačiau daugiausia –
kraujyje, hemoglobino molekulėse. Nuo junginio (hemo), kuriame yra
geležies, priklauso hemoglobino spalva. Hemoglobinas į audinius ir organus
atneša deguonį. Geležies paros norma 12-19m. Jaunuoliui – 12-19 mg, vyrui –
6-8 mg, moteriai – 12-15 mg. Daug geležies yra kepenyse, kaušinio trynyje,
pupose, pupelėse, avižų grūduose, riešutuose, žemuogėse, burokėliuose,
mėsoje, žuvyje. Dėl geležies stygiaus sutrinka kvėpavimas, atsiranda
anemija. Geležis katalizuoja reakcijas, kurių metu susidaro laisvieji
radikalai, todėl per didelis jos kiekis maiste ir organizme didina riziką
susirgti širdies ir kraujagyslių ligomis, vėžiu.

6. Klausimai po paragrafu

1) Išvardykite geležies fizikines savybes.

Kieta, kali, plastiška, sidabriškai pilka, blizganti, gali įsimagnetinti,
tlyd = 1539ºC, tankis = 7 874 kg/m3

2) Kaip paprasčiausia nustatyti, kad metalo gabalėlis yra geležis?

Patikrinti ar gabalėlį traukia magnetas.

3) Kur daugiau geležies:

a) 2 mol Fe2O3 ar 1 mol Fe3O4?

b) 48g Fe2O3 ar 46,4g Fe3O4?

4) Kodėl geležies rūdose nenurodyta tiksli geležies masės dalis?

Nes geležies ne visada būna vienodai.

5) Senovės aprašymuose pasakojama, kad kariai per mūšį kartais mesdavo
sulinkusius kardus ant žemės, tiesindavo juos kojomis ir vėl kaudavosi.
Kodėl kardai linkdavo?

Nes plieno kietumas ir plastiškumas priklauso nuo jo sudėties ir terminio
apdorojimo, o seniau žmonės dar nemokėjo to tinkamai padaryti.

6) Įkaitinta geležis reaguoja su chloru. Parašykite ir išlyginkite
reakcijos lygtį žinodami, kad gautame junginyje geležies oksidacijos
laipsnis +3.

2Fe + 3Cl → 3FeCl

7) FeO + H2 → Fe + H2O

Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O

Naudojant vandenilį kaip reduktorių, sumažėtų į orą išmetamų teršalų
kiekis.

8) Kiek molių vandenilio išsiskirs visiškai sureagavus 1,12 g geležies su
praskiesta sieros rūgštimi?

Naudota Literatūra:

1. Regina Jasiūnienė ir Virgina Valentinavičienė. Chemija 9 klasei.

Vilnius, 2004.

2. Regina Jasiūnienė ir Virgina Valentinavičienė. Chemija 9 klasei.

Mokytojo knyga. Vilnius, 2004.

3. Visuotinė lietuvių enciklopedija. II tomas. Vilnius, 2002.

4. Visuotinė lietuvių enciklopedija. VI tomas. Vilnius, 2004.

Leave a Comment