Железо ( / aɪ ər п / ) является химическим элементом с символом Fe (от латинского : желез у ) и атомный номер 26. Это металл , который принадлежит к первой переходной серии и группе 8 в периодической таблице . По массе это самый распространенный элемент на Земле , прямо перед кислородом (32,1% и 30,1% соответственно), формирующий большую часть внешнего и внутреннего ядра Земли.. Это четвертый по распространенности элемент земной коры .
Утюг | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Появление | блестящий металлик с сероватым оттенком | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Стандартный атомный вес A r, std (Fe) | 55,845 (2) [1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Железо в периодической таблице | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Атомный номер ( Z ) | 26 год | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Группа | группа 8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Период | период 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Блокировать | d-блок | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Электронная конфигурация | [ Ar ] 3d 6 4s 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Электронов на оболочку | 2, 8, 14, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Физические свойства | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Фаза на СТП | твердый | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Температура плавления | 1811 К (1538 ° С, 2800 ° F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Точка кипения | 3134 К (2862 ° С, 5182 ° F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Плотность (около rt ) | 7,874 г / см 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
в жидком состоянии (при т. пл. ) | 6,98 г / см 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Теплота плавления | 13,81 кДж / моль | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Теплота испарения | 340 кДж / моль | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Молярная теплоемкость | 25,10 Дж / (моль · К) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Давление газа
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Атомные свойства | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Состояния окисления | −4, −2, −1, 0, +1, [2] +2 , +3 , +4, +5, [3] +6 , +7 [4] ( амфотерный оксид) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Электроотрицательность | Шкала Полинга: 1,83 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Энергии ионизации |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Радиус атома | эмпирический: 126 пм | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ковалентный радиус | Низкое вращение: 132 ± 15:00 Высокое вращение: 152 ± 18:00 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Спектральные линии железа | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Прочие свойства | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Естественное явление | изначальный | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Кристальная структура | объемно-центрированный кубический (bcc) а = 286,65 пм | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Кристальная структура | гранецентрированная кубическая (ГЦК) 1185–1667 К; а = 364,680 пм | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Скорость звука тонкого стержня | 5120 м / с (при комнатной температуре ) (электролитический) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Термическое расширение | 11,8 мкм / (м⋅K) (при 25 ° C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Теплопроводность | 80,4 Вт / (м⋅K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Удельное электрическое сопротивление | 96,1 нОм⋅м (при 20 ° C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Точка Кюри | 1043 К | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Магнитный заказ | ферромагнитный | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Модуль для младших | 211 ГПа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Модуль сдвига | 82 ГПа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Объемный модуль | 170 ГПа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
коэффициент Пуассона | 0,29 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Твердость по шкале Мооса | 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Твердость по Виккерсу | 608 МПа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Твердость по Бринеллю | 200–1180 МПа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Количество CAS | 7439-89-6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
История | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Открытие | до 5000 г. до н.э. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Основные изотопы железа | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
В металлическом состоянии железо редко встречается в земной коре и ограничивается в основном осаждением метеоритами . Железные руды , напротив, являются одними из самых распространенных в земной коре, хотя для извлечения из них пригодного для использования металла требуются печи или печи, способные нагреваться до 1500 ° C (2730 ° F) или выше, примерно на 500 ° C (900 ° F) выше. чем требуется для плавки меди . Люди начали осваивать этот процесс в Евразии примерно к 2000 г. до н.э. [ не подтверждено физически ], а использование железных инструментов и оружия начало вытеснять медные сплавы в некоторых регионах только около 1200 г. до н.э. Это событие считается переходом от бронзового века к железному веку . В современном мире сплавы железа, такие как сталь , нержавеющая сталь , чугун и специальные стали , на сегодняшний день являются наиболее распространенными промышленными металлами из-за их механических свойств и низкой стоимости.
Безупречные и гладкие поверхности из чистого железа зеркально-серебристо-серые. Однако железо легко реагирует с кислородом и водой с образованием гидратированных оксидов железа от коричневого до черного , широко известных как ржавчина . В отличие от оксидов некоторых других металлов, которые образуют пассивирующие слои, ржавчина занимает больше объема, чем металл, и поэтому отслаивается, подвергая свежие поверхности коррозии. Хотя железо легко вступает в реакцию, железо высокой чистоты, называемое электролитическим железом , имеет лучшую коррозионную стойкость.
В теле взрослого человека содержится около 4 граммов (0,005% веса тела) железа, в основном в виде гемоглобина и миоглобина . Эти две белки играют существенную роль в позвоночном метаболизма , соответственно переноса кислорода по крови и кислорода хранения в мышцах . Для поддержания необходимого уровня метаболизма железа у человека требуется минимум железа в рационе. Железо также металл на активном участке многих важных окислительно - восстановительных ферментов , связанные с клеточным дыханием и окислением и восстановлением растений и животными. [5]
С химической точки зрения наиболее распространенными степенями окисления железа являются железо (II) и железо (III) . Железо обладает многими свойствами других переходных металлов , включая другие элементы группы 8 , рутений и осмий . Железо образует соединения в широком диапазоне степеней окисления , от -2 до +7. Железо также образует множество координационных соединений ; некоторые из них, такие как ферроцен , ферриоксалат и берлинская лазурь , имеют существенное промышленное, медицинское или исследовательское применение.
Характеристики
Аллотропы
Известно по крайней мере четыре аллотропа железа (различающиеся расположением атомов в твердом теле), условно обозначаемые α, γ, δ и ε.
Первые три формы наблюдаются при обычных давлениях. Когда расплавленное железо охлаждается выше точки замерзания 1538 ° C, оно кристаллизуется в свой δ-аллотроп, который имеет объемно-центрированную кубическую (ОЦК) кристаллическую структуру . По мере охлаждения до 1394 ° C он превращается в аллотроп γ-железа, гранецентрированную кубическую (ГЦК) кристаллическую структуру или аустенит . При 912 ° C и ниже кристаллическая структура снова становится аллотропом ОЦК α-железа. [6]
Физические свойства железа при очень высоких давлениях и температурах также широко изучались [7] [8] из-за их связи с теориями о ядрах Земли и других планет. Выше приблизительно 10 ГПа и температурах в несколько сотен градусов Кельвина или ниже α-железо превращается в другую гексагональную плотноупакованную (ГПУ) структуру, которая также известна как ε-железо . Более высокотемпературная γ-фаза также превращается в ε-железо, но при более высоком давлении.
Существуют противоречивые экспериментальные данные о стабильной β-фазе при давлениях выше 50 ГПа и температурах не менее 1500 К. Предполагается, что она имеет орторомбическую или двойную ГПУ-структуру. [9] (Что сбивает с толку, термин «β-железо» иногда также используется для обозначения α-железа выше точки Кюри, когда оно изменяется с ферромагнитного на парамагнитный, хотя его кристаллическая структура не изменилась. [6] )
Внутреннее ядро из Земли , как правило , предполагается, состоит из железодефицитного никеля сплава с е (или & beta ; ) структурой. [10]
Точки плавления и кипения
Точки плавления и кипения железа, а также его энтальпия атомизации ниже, чем у более ранних 3d-элементов, от скандия до хрома , что свидетельствует об уменьшении вклада 3d-электронов в металлическую связь, поскольку они все больше и больше привлекаются в инертную среду. ядро ядром; [11], однако, они выше, чем значения для предыдущего элемента марганца, потому что этот элемент имеет наполовину заполненную трехмерную подоболочку и, следовательно, его d-электроны нелегко делокализовать. Та же тенденция проявляется для рутения, но не для осмия. [12]
Температура плавления железа экспериментально хорошо определена для давлений менее 50 ГПа. Для более высоких давлений опубликованные данные (по состоянию на 2007 год) все еще варьируются на десятки гигапаскалей и более тысячи кельвинов. [13]
Магнитные свойства
Ниже точки Кюри 770 ° C α-железо меняется с парамагнитного на ферромагнитное : спины двух неспаренных электронов в каждом атоме обычно совпадают со спинами его соседей, создавая общее магнитное поле . [15] Это происходит потому, что орбитали этих двух электронов (d z 2 и d x 2 - y 2 ) не указывают на соседние атомы в решетке и, следовательно, не участвуют в металлических связях. [6]
В отсутствие внешнего источника магнитного поля атомы спонтанно разделяются на магнитные домены диаметром около 10 микрометров [16] , так что атомы в каждом домене имеют параллельные спины, но некоторые домены имеют другую ориентацию. Таким образом, макроскопический кусок железа будет иметь почти нулевое общее магнитное поле.
Приложение внешнего магнитного поля заставляет домены, намагниченные в одном и том же общем направлении, расти за счет соседних, которые указывают в других направлениях, усиливая внешнее поле. Этот эффект используется в устройствах, которым необходимо направлять магнитные поля, таких как электрические трансформаторы , магнитные записывающие головки и электродвигатели . Примеси, дефекты решетки или границы зерен и частиц могут «закреплять» домены в новых положениях, так что эффект сохраняется даже после удаления внешнего поля, превращая железный объект в (постоянный) магнит . [15]
Подобное поведение демонстрируют некоторые соединения железа, такие как ферриты, включая минерал магнетит , кристаллическую форму смешанного оксида железа (II, III) Fe
3О
4(хотя механизм атомного масштаба, ферримагнетизм , несколько иной). Кусочки магнетита с естественной постоянной намагниченностью ( магниты ) стали первыми компасами для навигации. Частицы магнетита широко использовались в магнитных носителях записи, таких как запоминающие устройства , магнитные ленты , дискеты и диски , пока они не были заменены материалами на основе кобальта .
Изотопы
Железо имеет четыре стабильных изотопа : 54 Fe (5,845% природного железа), 56 Fe (91,754%), 57 Fe (2,119%) и 58 Fe (0,282%). Также создано 20-30 искусственных изотопов. 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 наблюдалось и лишь нижний предел на период полураспада 3,1 × 10 22 лет было установлено. [17]
60 Fe - потухший радионуклид с длительным периодом полураспада (2,6 миллиона лет). [18] Его нет на Земле, но его конечный продукт распада - его внучка, стабильный нуклид 60 Ni . [17] Большая часть последних работ по изотопному составу железы была сосредоточено на нуклеосинтез из 60 Fe через исследование метеоритов и формирования руды. В последнее десятилетие достижения в области масс-спектрометрии позволили обнаруживать и количественно определять мельчайшие естественные вариации соотношений стабильных изотопов железа. Большая часть этой работы проводится научными сообществами, занимающимися изучением Земли и планет , хотя появляются новые приложения к биологическим и промышленным системам. [19]
В фазах метеоритов Semarkona и Червоный Кут, корреляция между концентрацией 60 Ni, от внучки из 60 Fe, и обилие стабильного железа изотопов предоставили 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, присутствующего во внеземном материале, может пролить свет на происхождение и раннюю историю Солнечной системы . [20]
Самый распространенный изотоп железа 56 Fe представляет особый интерес для ученых-ядерщиков, потому что он представляет собой наиболее распространенную конечную точку нуклеосинтеза . [21] Поскольку 56 Ni (14 альфа-частиц ) легко производятся из более легких ядер в альфа-процессе в ядерных реакциях в сверхновых (см. Процесс горения кремния ), это конечная точка цепочек слияния внутри чрезвычайно массивных звезд , поскольку добавление еще одного альфа частица, приводящая к 60 Zn, требует гораздо больше энергии. Этот 56 Ni, период полураспада которого составляет около 6 дней, создается в больших количествах в этих звездах, но вскоре распадается в результате двух последовательных излучений позитронов в продуктах распада сверхновой в газовом облаке остатка сверхновой , сначала до радиоактивного 56 Co, а затем до стабильного 56 Fe. Таким образом, железо является наиболее распространенным элементом в ядрах красных гигантов и наиболее распространенным металлом в железных метеоритах и в плотных металлических ядрах планет, таких как Земля . [22] Это также очень распространено во Вселенной по сравнению с другими стабильными металлами примерно того же атомного веса . [22] [23] Железо - шестой по распространенности элемент во Вселенной и самый распространенный тугоплавкий элемент. [24]
Хотя дополнительный крошечный выигрыш в энергии может быть получен путем синтеза 62 Ni , который имеет немного более высокую энергию связи, чем 56 Fe, условия в звездах не подходят для этого процесса. Производство элементов в сверхновых звездах и их распространение на Земле в значительной степени предпочтительнее для железа, чем для никеля, и в любом случае 56 Fe по-прежнему имеет меньшую массу на нуклон, чем 62 Ni из-за более высокой доли более легких протонов. [25] Следовательно, элементы тяжелее железа требуют сверхновой для их образования, включая быстрый захват нейтронов стартовыми ядрами 56 Fe. [22]
В далеком будущем Вселенной, если предположить, что распада протона не произойдет, холодный синтез, происходящий посредством квантового туннелирования, заставил бы легкие ядра в обычном веществе сливаться в ядра 56 Fe. Деление и испускание альфа-частиц затем заставят тяжелые ядра распадаться на железо, превращая все объекты звездной массы в холодные сферы из чистого железа. [26]
Происхождение и возникновение в природе
Космогенез
Изобилие железа на каменистых планетах, таких как Земля, связано с его обильным производством во время безудержного синтеза и взрыва сверхновых звезд типа Ia , которые разбрасывают железо в космос. [27] [28]
Металлическое железо
Металлическое или самородное железо редко встречается на поверхности Земли, потому что оно склонно к окислению. Однако считается, что как внутреннее, так и внешнее ядро Земли, на долю которых приходится 35% массы всей Земли, в основном состоят из сплава железа, возможно, с никелем . Считается, что электрические токи в жидком внешнем ядре являются источником магнитного поля Земли . Считается, что другие планеты земной группы ( Меркурий , Венера и Марс ), а также Луна имеют металлическое ядро, состоящее в основном из железа. В астероиды М-типа , также полагают, частично или в основном из металлического сплава железа.
Редкие железные метеориты - основная форма природного металлического железа на поверхности Земли. Изделия из метеоритного железа холодной обработки были найдены на различных археологических раскопках, относящихся к тем временам, когда выплавка железа еще не была развита; а инуиты в Гренландии использовали железо из метеорита Кейп-Йорк для изготовления инструментов и охотничьего оружия. [29] Примерно 1 из 20 метеоритов состоит из уникальных железоникелевых минералов тэнита (35–80% железа) и камасита (90–95% железа). [30] Самородное железо также редко встречается в базальтах, которые образовались из магм, которые вступили в контакт с богатыми углеродом осадочными породами, которые снизили летучесть кислорода в достаточной степени для кристаллизации железа. Он известен как теллурическое железо и описывается в нескольких местах, таких как остров Диско в Западной Гренландии, Якутия в России и Бюль в Германии. [31]
Минералы мантии
Ферропериклаз (Mg, Fe) O , твердый раствор периклаза (MgO) и вюстита (FeO), составляет около 20% объема нижней мантии Земли, что делает его второй по распространенности минеральной фазой в этом регионе. после силикатного перовскита (Mg, Fe) SiO
3; он также является основным носителем железа в нижней мантии. [32] В нижней части переходной зоны мантии происходит реакция γ- (Mg, Fe)
2[SiO
4] ↔ (Mg, Fe) [SiO
3] + (Mg, Fe) O превращает γ-оливин в смесь силикатного перовскита и ферропериклаза и наоборот. В литературе эту минеральную фазу нижней мантии также часто называют магнезиовюститом. [33] Силикатный перовскит может составлять до 93% нижней мантии [34], а форма магниевого железа (Mg, Fe) SiO
3, считается самым распространенным минералом на Земле, составляя 38% от ее объема. [35]
земной коры
Хотя железо является самым распространенным элементом на Земле, большая часть этого железа сосредоточена во внутреннем и внешнем ядрах. [36] [37] Доля железа, которая находится в земной коре, составляет всего около 5% от общей массы коры и, таким образом, является только четвертым по распространенности элементом в этом слое (после кислорода , кремния и алюминия ). [38]
Большая часть железа в коре сочетается с различными другими элементами, образуя множество минералов железа . Важным классом являются минералы оксида железа, такие как гематит (Fe 2 O 3 ), магнетит (Fe 3 O 4 ) и сидерит (FeCO 3 ), которые являются основными рудами железа . Многие магматические породы также содержат сульфидные минералы пирротин и пентландит . [39] [40] Во время выветривания железо имеет тенденцию выщелачиваться из сульфидных отложений в виде сульфата и из силикатных отложений в виде бикарбоната. Оба они окисляются в водном растворе и осаждаются даже при слегка повышенном pH в виде оксида железа (III) . [41]
Крупные месторождения железа представляют собой полосчатые железные образования , тип породы, состоящий из повторяющихся тонких слоев оксидов железа, чередующихся с полосами бедных железом сланцев и кремней . Полосчатые железные образования были заложены между 3700 миллионами лет назад и 1800 миллионами лет назад . [42] [43]
Материалы, содержащие тонкоизмельченные оксиды или оксид-гидроксиды железа (III), такие как охра , использовались в качестве желтых, красных и коричневых пигментов с доисторических времен. Они также вносят свой вклад в цвет различных горных пород и глин , включая целые геологические образования, такие как Окрашенные холмы в Орегоне и Бунтсандштайн («цветной песчаник», британский Бантер ). [44] Через Eisensandstein (в юрском «железном песчанике», например , из Donzdorf в Германии) [45] и ванен камнем в Великобритании, соединение железа ответственны за желтоватый цвет многих исторических зданий и скульптур. [46] Пресловутый красный цвет поверхности Марса получен из оксида железа богатых реголита . [47]
Значительные количества железа содержатся в минеральном пирите сульфида железа (FeS 2 ), но из него трудно извлечь железо, и поэтому он не используется. Фактически, железо настолько распространено, что производство обычно сосредоточено только на рудах с очень большим его содержанием.
Согласно отчету International Resource Panel 's Metal Stocks in Society , глобальные запасы железа, используемого в обществе, составляют 2200 кг на душу населения. В этом отношении более развитые страны отличаются от менее развитых стран (7 000–14 000 против 2 000 кг на душу населения). [48]
Химия и соединения
Состояние окисления | Типичное соединение |
---|---|
−2 (г 10 ) | Тетракарбонилферрат динатрия (реагент Коллмана) |
−1 (г 9 ) | Fe 2(CO)2- 8 |
0 (д 8 ) | Пентакарбонил железа |
1 (д 7 ) | Димер дикарбонила циклопентадиенильного железа («Fp 2 ») |
2 (д 6 ) | Сульфат железа , ферроцен |
3 (д 5 ) | Хлорид железа , тетрафторборат ферроцения |
4 (д 4 ) | Fe (дневники) 2Cl2+ 2, Феррилтетрафторборат |
5 (д 3 ) | FeO3- 4 |
6 (г 2 ) | Феррат калия |
7 (д 1 ) | [FeO 4 ] - (матричная изоляция, 4K) |
Железо демонстрирует характерные химические свойства переходных металлов , а именно способность образовывать различные степени окисления, различающиеся ступенями одного, и очень большую координационную и металлоорганическую химию: действительно, именно открытие соединения железа, ферроцена , произвело революцию в последнем. поле в 1950-е гг. [49] Железо иногда считают прототипом всего блока переходных металлов из-за его большого количества и огромной роли, которую оно сыграло в технологическом прогрессе человечества. [50] Его 26 электронов расположены в конфигурации [Ar] 3d 6 4s 2 , из которых 3d и 4s электроны относительно близки по энергии, и, таким образом, он может потерять переменное количество электронов, и нет четкой точки, где дальше ионизация становится невыгодной. [12]
Железо образует соединения в основном в степенях окисления +2 ( железо (II) , «двухвалентное») и +3 ( железо (III) , «трехвалентное»). Железо также присутствует в более высоких степенях окисления , например, в пурпурном феррате калия (K 2 FeO 4 ), который содержит железо в степени окисления +6. Хотя был заявлен оксид железа (VIII) (FeO 4 ), отчет не мог быть воспроизведен, и такой вид из-за удаления всех электронов элемента за пределами предыдущей конфигурации инертного газа (по крайней мере, с железом в его степени окисления +8 ) оказалось маловероятным с вычислительной точки зрения. [51] Однако одна форма анионного [FeO 4 ] - с железом в степени окисления +7, вместе с (V) -пероксоизомером железа, была обнаружена инфракрасной спектроскопией при 4 К после соконденсации подвергнутого лазерной абляции Fe атомов смесью O 2 / Ar. [52] Железо (IV) является обычным промежуточным продуктом во многих реакциях биохимического окисления. [53] [54] Многие органические соединения железа имеют формальную степень окисления +1, 0, -1 или даже -2. Степени окисления и другие связывающие свойства часто оценивают с использованием метода мессбауэровской спектроскопии . [55] Многие соединения со смешанной валентностью содержат центры железа (II) и железа (III), такие как магнетит и берлинская лазурь ( Fe
4(Fe [CN]
6)
3). [54] Последний используется в чертежах как традиционный «синий» . [56]
Железо - первый из переходных металлов, который не может достичь своей групповой степени окисления +8, хотя его более тяжелые родственные соединения рутений и осмий могут, с рутением сложнее, чем с осмием. [6] Рутений демонстрирует водный катионный химический состав в своих низких степенях окисления, аналогичный таковому у железа, но осмий нет, что благоприятствует высоким степеням окисления, в которых он образует анионные комплексы. [6] Во второй половине серии 3d-переходов вертикальное сходство вниз по группам конкурирует с горизонтальным сходством железа со своими соседями кобальтом и никелем в периодической таблице, которые также являются ферромагнитными при комнатной температуре и имеют схожий химический состав. Таким образом, железо, кобальт и никель иногда объединяют в триаду железа . [50]
В отличие от многих других металлов, железо не образует амальгам с ртутью . В результате ртуть продается в стандартных железных колбах весом 76 фунтов (34 кг). [57]
Железо - безусловно, самый реактивный элемент в своей группе; он пирофорен при мелком измельчении и легко растворяется в разбавленных кислотах, давая Fe 2+ . Однако он не реагирует с концентрированной азотной кислотой и другими окисляющими кислотами из-за образования непроницаемого оксидного слоя, который, тем не менее, может реагировать с соляной кислотой . [6] Железо высокой чистоты, называемое электролитическим железом , считается устойчивым к ржавчине из-за его оксидного слоя.
Бинарные соединения
Оксиды и гидроксиды
Железо образует различные оксидные и гидроксидные соединения ; наиболее распространены оксид железа (II, III) (Fe 3 O 4 ) и оксид железа (III) (Fe 2 O 3 ). Оксид железа (II) также существует, хотя он нестабилен при комнатной температуре. Несмотря на их названия, на самом деле все они нестехиометрические , состав которых может варьироваться. [58] Эти оксиды являются основной рудой для производства железа (см. Кривая и доменная печь). Они также используются в производстве ферритов , полезных магнитных носителей информации в компьютерах и пигментов. Самый известный сульфид - железный пирит (FeS 2 ), также известный как золото дураков из-за его золотистого блеска. [54] Это не соединение железа (IV), а на самом деле полисульфид железа (II), содержащий Fe 2+ и S2-
2ионы в искаженной структуре хлорида натрия . [58]
Галогениды
Бинарные галогениды двухвалентного и трехвалентного железа хорошо известны. Галогениды двухвалентного железа обычно возникают в результате обработки металлического железа соответствующей галогенводородной кислотой с получением соответствующих гидратированных солей. [54]
- Fe + 2 HX → FeX 2 + H 2 (X = F, Cl, Br, I)
Железо реагирует с фтором, хлором и бромом с образованием соответствующих галогенидов железа, из которых наиболее распространен хлорид железа . [59]
- 2 Fe + 3 X 2 → 2 FeX 3 (X = F, Cl, Br)
Иодид железа является исключением, поскольку он термодинамически нестабилен из-за окислительной способности Fe 3+ и высокой восстанавливающей способности I - : [59]
- 2 I - + 2 Fe 3+ → I 2 + 2 Fe 2+ (E 0 = +0,23 В)
Иодид железа, твердое вещество черного цвета, нестабилен в обычных условиях, но может быть получен реакцией пентакарбонила железа с йодом и монооксидом углерода в присутствии гексана и света при температуре -20 ° C, без кислорода и воды. . [59]
Химия раствора
В стандартных потенциалах восстановления в кислом водном растворе для некоторых общих ионов железа приведены ниже: [6]
Fe 2+ + 2 e - | ⇌ Fe | E 0 = -0,447 В |
Fe 3+ + 3 e - | ⇌ Fe | E 0 = -0,037 В |
FeO2- 4+ 8 H + + 3 e - | ⇌ Fe 3+ + 4 H 2 O | E 0 = +2,20 В |
Красно-фиолетовый тетраэдрический анион феррата (VI) является настолько сильным окислителем, что окисляет азот и аммиак при комнатной температуре и даже саму воду в кислых или нейтральных растворах: [59]
- 4 FeO2-
4+ 10 часов
2O → 4 Fe3+
+ 20 ОН-
+ 3 O 2
Ион Fe 3+ имеет простую катионную химию, хотя бледно-фиолетовый гексакво-ион [Fe (H
2O)
6] 3+ очень легко гидролизуется при повышении pH выше 0 следующим образом: [60]
[Fe (H 2O) 6] 3+ | ⇌ [Fe (H 2O) 5(ОН)] 2+ + Н + | K = 10 −3,05 моль дм −3 |
[Fe (H 2O) 5(ОН)] 2+ | ⇌ [Fe (H 2O) 4(ОЙ) 2] + + H + | K = 10 −3,26 моль дм −3 |
2 [Fe (H 2O) 6] 3+ | ⇌ [Fe (H 2O) 4(ОЙ)]4+ 2+ 2H + + 2H 2О | K = 10 −2,91 моль дм −3 |
Когда pH поднимается выше 0, образуются вышеуказанные желтые гидролизованные частицы, а когда он поднимается выше 2–3, красновато-коричневый водный оксид железа (III) выпадает в осадок из раствора. Хотя Fe 3+ имеет конфигурацию d 5 , его спектр поглощения не похож на спектр поглощения Mn 2+ с его слабыми запрещенными по спину полосами d – d, поскольку Fe 3+ имеет более высокий положительный заряд и большую поляризацию, что снижает энергию его поглощение с переносом заряда от лиганда к металлу . Таким образом, все вышеперечисленные комплексы довольно сильно окрашены, за единственным исключением гексакво-иона, и даже у него в спектре преобладает перенос заряда в ближней ультрафиолетовой области. [60] С другой стороны, бледно-зеленый гексаквойон железа (II) [Fe (H
2O)
6] 2+ не подвергается заметному гидролизу. При добавлении карбонат- анионов диоксид углерода не выделяется , что вместо этого приводит к осаждению карбоната белого железа (II) . В избытке углекислого газа он образует малорастворимый бикарбонат, который обычно встречается в грунтовых водах, но он быстро окисляется на воздухе с образованием оксида железа (III), который составляет коричневые отложения, присутствующие в значительном количестве потоков. [61]
Координационные соединения
Из-за своей электронной структуры железо имеет очень крупную координационную и металлоорганическую химию.
Известно много координационных соединений железа. Типичным шестикоординированным анионом является гексахлорферрат (III), [FeCl 6 ] 3- , обнаруженный в смешанной соли тетракис (метиламмония) гексахлорферрата (III) хлорида . [62] [63] Комплексы с множественными бидентатными лигандами имеют геометрические изомеры . Так , например, транс - chlorohydridobis (бис-1,2- (дифенилфосфино) этан) железа (II) , комплекс используется в качестве исходного материала для соединений с Fe ( DPPE )
2 часть . [64] [65] Ферриоксалат-ион с тремя оксалатными лигандами (показан справа) демонстрирует спиральную хиральность с двумя несложными геометриями, обозначенными Λ (лямбда) для оси левого винта и Δ (дельта) для правостороннего ось винта в соответствии с соглашениями IUPAC. [60] Ферриоксалат калия используется в химической актинометрии и вместе с его натриевой солью подвергается фотовосстановлению, применяемому в старых фотографических процессах. Дигидрат из железа (II) оксалата имеет полимерную структуру с копланарными ионами оксалата железа моста между центрами с кристаллизационной водой , расположенными образующими крышки каждого октаэдра, как показано ниже. [66]
Комплексы железа (III) очень похожи на комплексы хрома (III), за исключением того, что железо (III) отдает предпочтение O- донору вместо лигандов N- донора. Последние имеют тенденцию быть более нестабильными, чем комплексы железа (II), и часто диссоциируют в воде. Многие комплексы Fe – O имеют интенсивную окраску и используются в качестве тестов для определения фенолов или енолов . Например, в тесте с хлоридом железа , который используется для определения присутствия фенолов, хлорид железа (III) реагирует с фенолом с образованием темно-фиолетового комплекса: [60]
- 3 ArOH + FeCl 3 → Fe (OAr) 3 + 3 HCl (Ar = арил )
Среди галогенидных и псевдогалогенидных комплексов фторокомплексы железа (III) являются наиболее стабильными, а бесцветный [FeF 5 (H 2 O)] 2– наиболее устойчив в водном растворе. Хлорокомплексы менее стабильны и способствуют тетраэдрической координации, как в [FeCl 4 ] - ; [FeBr 4 ] - и [FeI 4 ] - легко восстанавливаются до железа (II). Тиоцианат - это обычный тест на присутствие железа (III), поскольку он образует кроваво-красный [Fe (SCN) (H 2 O) 5 ] 2+ . Как и марганец (II), большинство комплексов железа (III) являются высокоспиновыми, за исключением комплексов с лигандами, входящими в спектрохимический ряд, такими как цианид . Примером низкоспинового комплекса железа (III) является [Fe (CN) 6 ] 3– . Цианидные лиганды могут легко отделяться в [Fe (CN) 6 ] 3– , и, следовательно, этот комплекс ядовит, в отличие от комплекса железа (II) [Fe (CN) 6 ] 4–, обнаруженного в берлинской синей [60], который не выделяет цианистый водород, за исключением случаев добавления разбавленных кислот. [61] Железо демонстрирует большое разнообразие электронных спиновых состояний , включая все возможные значения спинового квантового числа для элемента d-блока от 0 (диамагнитный) до 5 ⁄ 2 (5 неспаренных электронов). Это значение всегда вдвое меньше количества неспаренных электронов. Комплексы с нулевым или двумя неспаренными электронами считаются низкоспиновыми, а комплексы с четырьмя или пятью - высокоспиновыми. [58]
Комплексы железа (II) менее стабильны, чем комплексы железа (III), но предпочтение О- донорных лигандов менее выражено, так что, например, [Fe (NH
3)
6] 2+ известен, а [Fe (NH
3)
6] 3+ нет. Они имеют тенденцию к окислению до железа (III), но это можно смягчить низким pH и используемыми специфическими лигандами. [61]
Металлоорганические соединения
Химия органического железа - это исследование металлоорганических соединений железа, в которых атомы углерода ковалентно связаны с атомом металла. Их много и они разнообразны, включая цианидные комплексы , карбонильные комплексы , сэндвич -соединения и полусэндвич-соединения .
Берлинская лазурь или «ферроцианид железа», Fe 4 [Fe (CN) 6 ] 3 , представляет собой старый и хорошо известный комплекс цианида железа, широко используемый в качестве пигмента и в некоторых других областях. 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. [54]
Другой старый пример железоорганического соединения - пентакарбонил железа , Fe (CO) 5 , в котором нейтральный атом железа связан с атомами углерода пяти молекул монооксида углерода . Соединение может быть использовано для получения порошка карбонильного железа , высокореакционной формы металлического железа. Термолиз пентакарбонила железа дает додекакарбонил трижелеза , Fe
3(CO)
12, a с кластером из трех атомов железа в ядре. Реагент Коллмана, тетракарбонилферрат динатрия , является полезным реагентом для органической химии; он содержит железо в степени окисления -2. Циклопентадиенильный дикарбонильный димер железа содержит железо в редкой степени окисления +1. [67]
Вехой в этой области стало открытие в 1951 г. удивительно стабильного сэндвич-соединения ферроцена Fe (C
5ЧАС
5)
2, Полсоном и Кили [68] и независимо Миллером и другими [69], чья удивительная молекулярная структура была определена только год спустя Вудвордом и Уилкинсоном [70] и Фишером . [71] Ферроцен по-прежнему остается одним из самых важных инструментов и моделей в этом классе. [72]
Металлоорганические соединения с железом используются в качестве катализаторов . Комплекс Knölker , например, представляет собой гидрирование переноса катализатора для кетонов . [73]
Промышленное использование
Соединения железа, производимые в самых крупных масштабах в промышленности, - это сульфат железа (II) (FeSO 4 · 7 H 2 O ) и хлорид железа (III) (FeCl 3 ). Первая является одним из наиболее легко доступных источников железа (II), но менее устойчива к окислению в воздухе, чем соль Мора ( (NH
4)
2Fe (SO
4)
2· 6H 2 O ). Соединения железа (II) имеют тенденцию окисляться в воздухе до соединений железа (III). [54]
Этимология
Поскольку железо используется так долго, у него много названий. Источником его химического символа Fe является латинское слово ferrum , а его потомки - названия этого элемента на романских языках (например, французском fer , испанском hierro , итальянском и португальском ferro ). [74] Само слово ferrum , возможно, происходит из семитских языков через этрусский , от корня, который также дал начало древнеанглийскому bræs « медь ». [75] Английское слово « железо» происходит от протогерманского * isarnan , которое также является источником немецкого имени Эйзен . Скорее всего, оно было заимствовано из кельтского * isarnon , которое в конечном итоге происходит от протоиндоевропейского * is- (e) ro- «могущественный, святой» и, наконец, * eis «сильный», ссылаясь на силу железа как металла. [76] Клюге относит * isarnon к иллирийскому и латинскому ira , «гнев»). [ Править ] Балто-славянские именами для железа (например , русское железо [ Железо ], польский żelazo , литовские gelež ) являются единственным , кто пришел прямо из прото-индоевропейских * г ч ELG ч - «железо». [77] На многих из этих языков слово « железо» может также использоваться для обозначения других предметов, сделанных из железа или стали, или, образно говоря, из-за твердости и прочности металла. [78] Китайский TIE ( традиционный鐵; упрощена铁) происходит от прото-китайско-тибетская * hliek , [79] и был заимствован в японском языке , как鉄Tetsu , который также имеет нативную чтения Kurogane «черного металла» (аналогично тому , как железо упоминается в английском слове кузнец ). [80]
История
Развитие металлургии железа
Железо - один из элементов, несомненно известных древнему миру. [81] Она была разработана, или кованым , на протяжении тысячелетий. Однако железные предметы большого возраста встречаются гораздо реже, чем предметы из золота или серебра, из-за легкости, с которой железо разъедает. [82] Технология развивалась медленно, и даже после открытия плавки железо потребовалось много веков, чтобы заменить бронзу в качестве металла, используемого для изготовления инструментов и оружия.
Метеоритное железо
Бусы, сделанные из метеоритного железа в 3500 г. до н.э. или ранее, были найдены в Герце, Египет, Г.А. Уэйнрайтом. [83] Бусинки содержат 7,5% никеля, что является признаком метеорного происхождения, поскольку железо, обнаруженное в земной коре, обычно содержит лишь незначительные примеси никеля.
Метеоритное железо высоко ценилось из-за своего происхождения с небес и часто использовалось для изготовления оружия и инструментов. [83] Например, в гробнице Тутанхамона был найден кинжал из метеоритного железа , содержащий такие же пропорции железа, кобальта и никеля, что и метеорит, обнаруженный в этом районе, выпавший в результате древнего метеорного потока. [84] [85] [86] Предметы, которые, вероятно, были сделаны египтянами из железа, датируются периодом от 3000 до 2500 лет до нашей эры. [82]
Метеоритное железо сравнительно мягкое и пластичное, легко поддается холодной ковке, но может стать хрупким при нагревании из-за содержания никеля . [87]
Кованое железо
Первое производство железа началось в среднем бронзовом веке , но прошло несколько столетий, прежде чем железо вытеснило бронзу. Образцы плавленого железа из Асмара , Месопотамии и базара Талль Чагар на севере Сирии были изготовлены где-то между 3000 и 2700 годами до нашей эры. [88] хетты основал империю в северо-центральной Анатолии около 1600 г. до н. Похоже, они первыми поняли производство железа из руд и высоко оценили его в своем обществе. [89] хетты стали расплавом железа 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. [88] Последующий период называется железным веком .
Артефакты из выплавленного железа были найдены в Индии с 1800 по 1200 год до нашей эры [90] и в Леванте примерно с 1500 года до нашей эры (что предполагает выплавку в Анатолии или на Кавказе ). [91] [92] Предполагаемые ссылки (сравните историю металлургии в Южной Азии ) на железо в индийских Ведах использовались для заявлений об очень раннем использовании железа в Индии, соответственно, чтобы датировать тексты как таковые. В Rigveda 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 . [93]
Некоторые археологические данные свидетельствуют о том, что железо выплавляли в Зимбабве и юго-восточной Африке еще в восьмом веке до нашей эры. [94] Обработка железа была завезена в Грецию в конце 11 века до нашей эры, откуда она быстро распространилась по Европе. [95]
Распространение обработки железа в Центральной и Западной Европе связано с кельтской экспансией. По словам Плиния Старшего , в римскую эпоху железо было обычным делом . [83] На землях, которые сейчас считаются Китаем, железо появляется примерно в 700–500 годах до нашей эры. [96] Выплавка чугуна могла быть завезена в Китай через Среднюю Азию. [97] Самые ранние свидетельства использования доменной печи в Китае относятся к I веку нашей эры [98], а купольные печи использовались еще в период Воюющих царств (403–221 до н.э.). [99] Использование доменной печи и купольной печи оставалось широко распространенным во времена династий Сун и Тан . [100]
Во время промышленной революции в Великобритании Генри Корт начал очищать чугун от чугуна до кованого железа (или пруткового железа), используя инновационные производственные системы. В 1783 году он запатентовал процесс очистки железной руды в лужах. Позже он был улучшен другими, в том числе Джозефом Холлом . [101]
Чугун
Чугун был впервые произведен в Китае в 5 веке до нашей эры [102], но вряд ли в Европе до средневековья. [103] [104] 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. [105] В средневековый период в Европе были найдены средства производства кованого железа из чугуна (в данном контексте известного как чугун ) с использованием кузнечных изделий . Для всех этих процессов в качестве топлива требовался древесный уголь . [106]
Средневековые доменные печи были около 10 футов (3,0 м) в высоту и были сделаны из огнеупорного кирпича; принудительный воздух обычно подавался сильфонами с ручным управлением. [104] Современные доменные печи стали намного больше, с подами диаметром четырнадцать метров, что позволяет им производить тысячи тонн железа каждый день, но, по сути, они работают почти так же, как и во времена средневековья. [106]
В 1709 году Авраам Дарби I установил коксовую доменную печь для производства чугуна, заменив древесный уголь, но продолжая использовать доменные печи. Последовавшая доступность недорогого железа была одним из факторов, приведших к промышленной революции . К концу 18 века чугун начал заменять кованое железо для определенных целей, потому что он был дешевле. Содержание углерода в железе не считалось причиной различий в свойствах кованого железа, чугуна и стали до 18 века. [88]
Поскольку железо дешевело и становилось все более доступным, оно также стало основным конструкционным материалом после строительства первого инновационного железного моста в 1778 году. Этот мост до сих пор стоит как памятник роли железа в промышленной революции. После этого железо использовалось в рельсах, лодках, кораблях, акведуках и зданиях, а также в железных цилиндрах паровых двигателей . [106] Железные дороги сыграли центральную роль в формировании современности и идей прогресса [107], и на разных языках (например, французском, испанском, итальянском и немецком) железные дороги называются железными дорогами .
Стали
Сталь (с меньшим содержанием углерода, чем чугун, но больше, чем кованое железо) была впервые произведена в древности с использованием шаровидной печи . К 1000 году до нашей эры кузнецы Луристана на западе Персии делали хорошую сталь. [88] Затем, около 300 г. до н.э. и 500 г. н.э. были разработаны улучшенные версии стали Wootz от Индии и дамасской стали . Эти методы были специализированными, поэтому сталь не стала основным товаром до 1850-х годов. [108]
Новые методы его производства путем науглероживания железных прутков в процессе цементирования были изобретены в 17 веке. Во время промышленной революции были изобретены новые методы производства пруткового железа без древесного угля, которые позже были применены для производства стали. В конце 1850-х годов Генри Бессемер изобрел новый процесс производства стали, предполагающий продувку воздуха через расплавленный чугун для производства мягкой стали. Это сделало сталь намного более экономичной, что привело к тому, что кованое железо больше не производилось в больших количествах. [109]
Основы современной химии
В 1774 году Антуан Лавуазье использовал реакцию водяного пара с металлическим железом внутри раскаленной железной трубки для получения водорода в своих экспериментах, которые привели к демонстрации сохранения массы , что сыграло важную роль в превращении химии из качественной науки в количественную. [110]
Символическая роль
Железо играет определенную роль в мифологии и нашло различные значения 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 на счет для последующих эпох человечества. [111] Железный век был тесно связан с Римом, и в « Метаморфозах » Овидия
Добродетели в отчаянии покинули землю; и порочность человека становится всеобщей и полной. Тогда на смену пришла твердая сталь.
- Овидий, Метаморфозы , Книга I, Железный век, строка 160 и далее
Пример важности символической роли железа можно найти в немецкой кампании 1813 года . Фридрих Вильгельм III заказал тогда первый Железный крест в качестве военной награды. Пика производства железных украшений в Берлине пришелся на период между 1813 и 1815 годами, когда прусская королевская семья призвала граждан жертвовать золотые и серебряные украшения на военные нужды. Надпись Gold gab ich für Eisen (Я отдал золото за железо) также использовалась в более поздних военных действиях. [112]
Производство металлического железа
Лабораторные маршруты
Для некоторых ограниченных целей, когда это необходимо, чистое железо производится в лаборатории в небольших количествах путем восстановления чистого оксида или гидроксида водородом или образования пентакарбонила железа и нагревания его до 250 ° C, чтобы оно разлагалось с образованием чистого порошка железа. . [41] Другой метод - электролиз хлорида железа на железном катоде. [113]
Главный промышленный маршрут
Страна | Железная руда | Чугун | Прямое утюг | Стали |
---|---|---|---|---|
Китай | 1114,9 | 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 | 1 322,4 |
В настоящее время промышленное производство чугуна или стали состоит из двух основных этапов. На первом этапе, железная руда уменьшается с кокса в доменной печи , а расплавленный металл отделяется от грубых примесей , таких как силикатные минералы . На этой стадии получается сплав - чугун, который содержит относительно большое количество углерода. На втором этапе количество углерода в передельном чугуне снижается за счет окисления с получением кованого железа, стали или чугуна. [115] На этом этапе могут быть добавлены другие металлы для получения легированных сталей .
Доменная обработка
Доменная печь загружается железной рудой, обычно гематитом Fe.
2О
3или магнетит Fe
3О
4вместе с коксом ( уголь , который подвергался отдельной обжиге для удаления летучих компонентов). Через смесь продувается воздух, предварительно нагретый до 900 ° C, в количестве, достаточном для превращения углерода в монооксид углерода : [115]
- 2 С + О 2 → 2 СО
Эта реакция повышает температуру примерно до 2000 ° C. Окись углерода восстанавливает железную руду до металлического железа [115]
- Fe 2 O 3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO 2
Некоторое количество железа в высокотемпературной нижней области печи вступает в реакцию непосредственно с коксом: [115]
- 2 Fe 2 O 3 + 3 C → 4 Fe + 3 CO 2
Поток , такой как известняк ( карбонат кальция ) или доломита (карбоната кальция и магния) также добавляется к нагрузке печи в. Его цель - удалить из руды кремнеземистые минералы, которые в противном случае засорили бы печь. Тепло печи разлагает карбонаты до оксида кальция , который реагирует с любым избытком кремнезема с образованием шлака, состоящего из силиката кальция CaSiO.
3или другие продукты. При температуре печи металл и шлак расплавляются. Они собираются внизу в виде двух несмешивающихся жидких слоев (со шлаком наверху), которые затем легко разделяются. [115] Шлак можно использовать в качестве материала в дорожном строительстве или для улучшения бедных минералами почв в сельском хозяйстве . [104]
Сталеплавильное производство
Как правило, чугун, полученный в доменном процессе, содержит до 4–5% углерода с небольшими количествами других примесей, таких как сера, магний, фосфор и марганец. Высокое содержание углерода делает его относительно непрочным и хрупким. Снижение количества углерода до 0,002–2,1% при массовом производстве стали , которая может быть в 1000 раз тверже чистого железа. Затем путем холодной обработки , горячей прокатки , ковки , механической обработки и т. Д. Можно изготавливать большое количество различных стальных изделий. Вместо этого при удалении других примесей получается чугун, который используется для литья изделий в литейных цехах ; например печи, трубы, радиаторы, фонарные столбы и рельсы. [115]
После ковки стальные изделия часто подвергаются различным видам термообработки . Отжиг заключается в их нагреве до 700–800 ° C в течение нескольких часов с последующим постепенным охлаждением. Это делает сталь мягче и удобнее в обработке. [117]
Прямое восстановление железа
Из-за заботы об окружающей среде были разработаны альтернативные методы обработки железа. « Прямое восстановление железа » восстанавливает железную руду до куска железа, называемого «губчатым» железом или «прямым» железом, который подходит для выплавки стали. [104] В процесс прямого восстановления входят две основные реакции:
Природный газ частично окисляется (с помощью тепла и катализатора): [104]
- 2 СН 4 + О 2 → 2 СО + 4 Н 2
Затем железная руда обрабатывается этими газами в печи, в результате чего получается твердое губчатое железо: [104]
- Fe 2 O 3 + CO + 2 H 2 → 2 Fe + CO 2 + 2 H 2 O
Кремнезем удаляют, добавляя известняковый флюс, как описано выше. [104]
Термитный процесс
Воспламенение смеси алюминиевого порошка и оксида железа дает металлическое железо через термитную реакцию :
- Fe 2 O 3 + 2 Al → 2 Fe + Al 2 O 3
В качестве альтернативы чугун может быть превращен в сталь (с содержанием углерода до 2%) или кованое железо (технически чистое железо). Были использованы различные способы для этого, в том числе Finery кузниц , пудлинговое печей, Bessemer конвертеров , мартеновских печей , кислородно - конвертерных печах и электродуговых печах . Во всех случаях цель состоит в том, чтобы окислить часть или весь углерод вместе с другими примесями. С другой стороны, для получения легированных сталей могут быть добавлены другие металлы. [106]
Приложения
Как конструкционный материал
Железо - наиболее широко используемый из всех металлов, на его долю приходится более 90% мирового производства металлов. Его низкая стоимость и высокая прочность часто делают его предпочтительным материалом для выдерживания нагрузок или передачи сил, таких как конструкция машин и станков , рельсов , автомобилей , корпусов судов , арматурных стержней и несущих конструкций зданий. . Поскольку чистое железо довольно мягкое, его чаще всего комбинируют с легирующими элементами для получения стали. [118]
Механические свойства
Материал | TS (МПа) | BH ( Бринелл ) |
---|---|---|
Железные усы | 11000 | |
Ausformed (закаленной) стали | 2930 | 850–1200 |
Мартенситная сталь | 2070 | 600 |
Бейнитная сталь | 1380 | 400 |
Перлитная сталь | 1200 | 350 |
Холоднодеформированное железо | 690 | 200 |
Мелкозернистое железо | 340 | 100 |
Углеродсодержащее железо | 140 | 40 |
Чистое монокристаллическое железо | 10 | 3 |
Механические свойства железа и его сплавов чрезвычайно важны для их структурного применения. Эти свойства могут быть оценены различными способами, в том числе тест по Бринеллю , в тесте Рокуэлл и испытания твердости по Виккерсу .
Свойства чистого железа часто используются для калибровки измерений или сравнения тестов. [120] [121] Однако механические свойства железа в значительной степени зависят от чистоты образца: чистые монокристаллы железа на самом деле мягче алюминия [119], а самое чистое промышленно производимое железо (99,99%) имеет твердость 20–30 по Бринеллю. [122] Чистое железо (99,9% 99,999%), особенно называемое электролитическим железом , промышленно производится путем электролитического рафинирования.
Увеличение содержания углерода приведет к значительному увеличению твердости и прочности железа на разрыв. Максимальная твердость 65 R c достигается при содержании углерода 0,6%, хотя сплав имеет низкую прочность на разрыв. [123] Из-за мягкости железа с ним намного легче работать, чем с его более тяжелыми родственными соединениями рутением и осмием . [12]
Виды сталей и сплавов
α-Железо - довольно мягкий металл, способный растворять лишь небольшую концентрацию углерода (не более 0,021% по массе при 910 ° C). [124] Аустенит (γ-железо) так же мягкий и металлический, но может растворять значительно больше углерода (до 2,04% по массе при 1146 ° C). Эта форма железа используется в нержавеющей стали, используемой для изготовления столовых приборов, а также оборудования для больниц и предприятий общественного питания. [16]
Коммерчески доступное железо классифицируется на основе чистоты и количества добавок. Чугун содержит 3,5–4,5% углерода [125] и содержит различные количества загрязняющих веществ, таких как сера , кремний и фосфор . Чугун - это не товарный продукт, а скорее промежуточный этап в производстве чугуна и стали. Уменьшение содержания загрязняющих веществ в чугуне, которые отрицательно влияют на свойства материала, таких как сера и фосфор, дает чугун, содержащий 2–4% углерода, 1–6% кремния и небольшое количество марганца . [115] Чугун имеет температуру плавления в диапазоне 1420–1470 К, что ниже, чем у любого из двух его основных компонентов, и делает его первым продуктом, плавящимся при совместном нагревании углерода и железа. [6] Его механические свойства сильно различаются и зависят от формы, которую углерод принимает в сплаве. [12]
«Белые» чугуны содержат углерод в виде цементита или карбида железа (Fe 3 C). [12] Этот твердый, хрупкий состав доминирует в механических свойствах белого чугуна, делая его твердым, но не устойчивым к ударам. Изломанная поверхность белого чугуна полна мелких граней битого карбида железа, очень бледного, серебристого, блестящего материала, отсюда и название. При медленном охлаждении смеси железа с 0,8% углерода ниже 723 ° C до комнатной температуры образуются отдельные чередующиеся слои цементита и α-железа, которое является мягким и податливым и по внешнему виду называется перлитом . С другой стороны, быстрое охлаждение не оставляет времени для этого разделения и создает твердый и хрупкий мартенсит . Затем сталь можно подвергнуть отпуску путем повторного нагрева до промежуточной температуры, изменяя пропорции перлита и мартенсита. Конечный продукт с содержанием углерода менее 0,8% представляет собой смесь перлит-αFe, а конечный продукт с содержанием углерода более 0,8% представляет собой смесь перлит-цементит. [12]
В сером чугуне углерод существует в виде отдельных мелких чешуек графита , а также делает материал хрупким из-за чешуек графита с острыми краями, которые создают участки концентрации напряжений внутри материала. [126] Новый вариант серого чугуна, называемый высокопрочным чугуном , специально обрабатывают следовыми количествами магния, чтобы изменить форму графита до сфероидов или конкреций, снижая концентрацию напряжений и значительно увеличивая ударную вязкость и прочность материала. . [126]
Кованое железо содержит менее 0,25% углерода, но большое количество шлака придает ему волокнистость. [125] Это жесткий, податливый продукт, но не такой плавкий, как чугун. Если заточить до края, он быстро его теряет. Кованое железо характеризуется наличием тонких волокон шлака, заключенных в металле. Кованое железо более устойчиво к коррозии, чем сталь. Его практически полностью заменили на низкоуглеродистую сталь для производства традиционных изделий из кованого железа и кузнечного дела .
Мягкая сталь подвержена коррозии быстрее, чем кованое железо, но она дешевле и более доступна. Углеродистая сталь содержит 2,0% углерода или менее [127] с небольшими количествами марганца , серы , фосфора и кремния. Легированные стали содержат различные количества углерода, а также других металлов, таких как хром , ванадий , молибден , никель, вольфрам и т. Д. Содержание в них сплава увеличивает их стоимость, и поэтому они обычно используются только для специальных целей. Однако одной из распространенных легированных сталей является нержавеющая сталь . Недавние разработки в черной металлургии привели к производству все большего количества микролегированных сталей, также называемых HSLA , или высокопрочных низколегированных сталей, содержащих крошечные добавки, обеспечивающие высокую прочность и часто впечатляющую вязкость при минимальных затратах. [127] [128] [129]
Сплавы с высокой чистотой элементарного состава (как сплавы электролитического железа ) обладают особенно улучшенными свойствами, такими как пластичность , предел прочности на разрыв , ударная вязкость , усталостная прочность , термостойкость и коррозионная стойкость.
Помимо традиционных применений, железо также используется для защиты от ионизирующего излучения. Хотя он легче другого традиционного защитного материала, свинца , он намного прочнее механически. Ослабление излучения как функция энергии показано на графике. [130]
Основным недостатком чугуна и стали является то, что чистое железо и большинство его сплавов сильно страдают от ржавчины, если не защищены каким-либо образом, что составляет более 1% мировой экономики. [131] Покраска , гальванизация , пассивация , пластиковое покрытие и воронение используются для защиты железа от ржавчины за счет исключения воды и кислорода или катодной защиты . Механизм ржавления железа следующий: [131]
- Катод: 3 O 2 + 6 H 2 O + 12 e - → 12 OH -
- Анод: 4 Fe → 4 Fe 2+ + 8 e - ; 4 Fe 2+ → 4 Fe 3+ + 4 e -
- Всего: 4 Fe + 3 O 2 + 6 H 2 O → 4 Fe 3+ + 12 OH - → 4 Fe (OH) 3 или 4 FeO (OH) + 4 H 2 O
Электролит обычно представляет собой сульфат железа (II) в городских районах (образуется, когда атмосферный диоксид серы атакует железо) и частицы соли в атмосфере в прибрежных районах. [131]
Соединения железа
Хотя в основном железо используется в металлургии, соединения железа также широко распространены в промышленности. Железные катализаторы традиционно используются в процессе Габера-Боша для производства аммиака и в процессе Фишера-Тропша для преобразования монооксида углерода в углеводороды для топлива и смазочных материалов. [132] Порошок железа в кислотном растворителе был использован при восстановлении нитробензола до анилина по Бешаму . [133]
Оксид железа (III), смешанный с алюминиевым порошком, может воспламениться для создания термитной реакции , используемой при сварке больших железных деталей (например, рельсов ) и очистке руды. Оксид железа (III) и оксигидроксид используются как красноватые и охристые пигменты .
Железо (III) хлорид , может быть использована 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 . [134] Его также можно растворить в спирте с образованием настойки железа, которая используется в качестве лекарства от кровотечения у канареек . [135]
Сульфат железа (II) используется в качестве предшественника других соединений железа. Он также используется для уменьшения содержания хромата в цементе. Он используется для обогащения продуктов питания и лечения железодефицитной анемии . Сульфат железа (III) используется для осаждения мельчайших частиц сточных вод в баковой воде. Хлорид железа (II) используется как восстанавливающий флокулянт, при образовании комплексов железа и магнитных оксидов железа, а также как восстановитель в органическом синтезе. [134]
Биологическая и патологическая роль
Железо необходимо для жизни. [5] [136] [137] железо-сера кластеры широко распространена и включают нитрогеназные , ферменты , ответственные за биологическую фиксацию азота . Железосодержащие белки участвуют в транспортировке, хранении и использовании кислорода. [5] Белки железа участвуют в переносе электронов . [138]
Примеры железосодержащих белков у высших организмов включают гемоглобин, цитохром (см. Высокомалентное железо ) и каталазу . [5] [139] Средний взрослый человек содержит около 0,005% веса тела железа, или около четырех граммов, из которых три четверти находится в гемоглобине - уровень, который остается постоянным, несмотря на то, что каждый день усваивается только около одного миллиграмма железа, [ 138], потому что человеческое тело перерабатывает гемоглобин для содержания железа. [140]
Росту микробов может способствовать окисление железа (II) или восстановление железа (III). [141]
Биохимия
Приобретение железа представляет собой проблему для аэробных организмов, поскольку трехвалентное железо плохо растворяется вблизи нейтрального pH. Таким образом, эти организмы разработали средства для поглощения железа в виде комплексов, иногда поглощая двухвалентное железо, прежде чем окислять его обратно до трехвалентного железа. [5] В частности, бактерии развили секвестрирующие агенты с очень высоким сродством , называемые сидерофорами . [142] [143] [144]
После поглощения клетками человека хранение железа точно регулируется. [5] [145] Основным компонентом этой регуляции является белок трансферрин , который связывает ионы железа, абсорбированные из двенадцатиперстной кишки, и переносит его с кровью в клетки. [5] [146] Трансферрин содержит Fe 3+ в середине искаженного октаэдра, связанный с одним азотом, тремя атомами кислорода и хелатирующим карбонатным анионом, который захватывает ион Fe 3+ : он имеет такую высокую константу стабильности, что очень эффективно поглощает ионы Fe 3+ даже из самых стабильных комплексов. В костном мозге трансферрин восстанавливается с Fe 3+ и Fe 2+ и сохраняется в виде ферритина для включения в гемоглобин. [138]
Наиболее известными и изученными биоинорганическими соединениями железа (биологическими молекулами железа) являются гемовые белки : примерами являются гемоглобин , миоглобин и цитохром P450 . [5] Эти соединения участвуют в транспортировке газов, построении ферментов и переносе электронов . [138] Металлопротеины - это группа белков с кофакторами ионов металлов . Некоторые примеры металлопротеинов железа - ферритин и рубредоксин . [138] Многие жизненно важные ферменты содержат железо, такие как каталаза , [147] липоксигеназы , [148] и IRE-BP . [149]
Гемоглобин - переносчик кислорода, который присутствует в красных кровяных тельцах и придает их цвет, транспортируя кислород по артериям от легких к мышцам, где он передается миоглобину , который сохраняет его до тех пор, пока он не понадобится для метаболического окисления глюкозы , генерируя энергию. . [5] Здесь гемоглобин связывается с углекислым газом , образующимся при окислении глюкозы, который переносится по венам гемоглобином (преимущественно в виде бикарбонат- анионов) обратно в легкие, где он выдыхается. [138] В гемоглобине железо находится в одной из четырех гемовых групп и имеет шесть возможных координационных центров; четыре заняты атомами азота в порфириновом кольце, пятое - имидазольным азотом в остатке гистидина одной из белковых цепей, присоединенной к гемовой группе, а шестой зарезервирован для молекулы кислорода, с которой он может обратимо связываться. [138] Когда гемоглобин не присоединен к кислороду (и тогда его называют дезоксигемоглобином), ион Fe 2+ в центре гемовой группы (внутри гидрофобного белка) находится в высокоспиновой конфигурации. Таким образом, оно слишком велико, чтобы поместиться внутри порфиринового кольца, которое вместо этого изгибается в виде купола с ионом Fe 2+ примерно на 55 пикометров над ним. В этой конфигурации шестой координационный центр, зарезервированный для кислорода, заблокирован другим остатком гистидина. [138]
Когда дезоксигемоглобин захватывает молекулу кислорода, этот остаток гистидина удаляется и возвращается, как только кислород надежно присоединяется, чтобы образовать с ним водородную связь . Это приводит к переключению иона Fe 2+ на низкоспиновую конфигурацию, что приводит к уменьшению ионного радиуса на 20%, так что теперь он может помещаться в порфириновое кольцо, которое становится плоским. [138] (Кроме того, эта водородная связь приводит к наклону молекулы кислорода, что приводит к валентному углу Fe – O – O около 120 °, что позволяет избежать образования мостиков Fe – O – Fe или Fe – O 2 –Fe. что привело бы к переносу электрона, окислению Fe 2+ до Fe 3+ и разрушению гемоглобина.) Это приводит к перемещению всех белковых цепей, что приводит к изменению формы других субъединиц гемоглобина на форму с большей сродство к кислороду. Таким образом, когда дезоксигемоглобин поглощает кислород, его сродство к большему количеству кислорода увеличивается, и наоборот. [138] Миоглобин, с другой стороны, содержит только одну гемовую группу, и, следовательно, этот кооперативный эффект не может возникнуть. Таким образом, хотя гемоглобин почти насыщен кислородом при высоких парциальных давлениях кислорода в легких, его сродство к кислороду намного ниже, чем у миоглобина, который насыщает кислородом даже при низких парциальных давлениях кислорода в мышечной ткани. [138] Как описано в эффекте Бора (названном в честь Кристиана Бора , отца Нильса Бора ), сродство гемоглобина к кислороду уменьшается в присутствии углекислого газа. [138]
Окись углерода и трифторид фосфора ядовиты для человека, потому что они связываются с гемоглобином так же, как кислород, но с гораздо большей силой, так что кислород больше не может транспортироваться по телу. Гемоглобин, связанный с оксидом углерода, известен как карбоксигемоглобин . Этот эффект также играет незначительную роль в токсичности цианида , но главным эффектом является его вмешательство в правильное функционирование белка-транспортера электронов цитохрома a. [138] Белки цитохрома также включают гемовые группы и участвуют в метаболическом окислении глюкозы кислородом. Затем шестой координационный сайт занимает либо другой имидазольный азот, либо метиониновая сера, так что эти белки в значительной степени инертны по отношению к кислороду - за исключением цитохрома а, который связывается непосредственно с кислородом и, таким образом, очень легко отравляется цианидом. [138] Здесь перенос электрона происходит, когда железо остается в низком спине, но изменяется между состояниями окисления +2 и +3. Поскольку потенциал восстановления на каждом этапе немного больше, чем на предыдущем, энергия высвобождается постепенно и, таким образом, может храниться в аденозинтрифосфате . Цитохром а немного отличается, так как он находится на митохондриальной мембране, непосредственно связывается с кислородом и переносит протоны, а также электроны, следующим образом: [138]
- 4 Cytc 2+ + O 2 + 8H +
внутри→ 4 Cytc 3+ + 2 H 2 O + 4H +
снаружи
Хотя гемовые белки являются наиболее важным классом железосодержащих белков, белки железо-сера также очень важны, поскольку участвуют в переносе электронов, что возможно, поскольку железо может стабильно существовать в состояниях окисления +2 или +3. Они имеют один, два, четыре или восемь атомов железа, каждый из которых приблизительно тетраэдрически координирован с четырьмя атомами серы; из-за этой тетраэдрической координации в них всегда есть высокоспиновое железо. Самым простым из таких соединений является рубредоксин , который имеет только один атом железа, координированный с четырьмя атомами серы от остатков цистеина в окружающих пептидных цепях. Другой важный класс железо-серных белков - это ферредоксины , которые имеют несколько атомов железа. Трансферрин не принадлежит ни к одному из этих классов. [138]
Способность морских мидий удерживать хватку на камнях в океане облегчается за счет использования металлорганических связей на основе железа в их богатых белком кутикулах . Основываясь на синтетических аналогах, присутствие железа в этих структурах увеличило модуль упругости в 770 раз, предел прочности на разрыв в 58 раз и ударную вязкость в 92 раза. Количество стресса, необходимого для их необратимого повреждения, увеличилось в 76 раз. [151]
Питание
Диета
Железо широко распространено, но особенно богатые источники пищевого железа включают красное мясо , устрицы , чечевицу , фасоль , птицу , рыбу , листовые овощи , кресс-салат , тофу , нут , черноглазый горох и мелассу . [5] Хлеб и хлопья для завтрака иногда специально обогащены железом. [5] [152]
Железо, содержащееся в пищевых добавках , часто встречается в виде фумарата железа (II) , хотя сульфат железа (II) дешевле и так же хорошо усваивается. [134] Элементарное железо, или восстановленное железо, несмотря на то, что абсорбируется на уровне от одной трети до двух третей эффективности (по сравнению с сульфатом железа), [153] часто добавляется в такие продукты, как сухие завтраки или обогащенная пшеничная мука. Железо наиболее доступно для организма в хелатном соединении с аминокислотами [154], а также доступно для использования в качестве обычной добавки железа . Глицин , наименее дорогая аминокислота, чаще всего используется для производства добавок глицината железа. [155]
Диетические рекомендации
Институт медицины США (IOM) обновил расчетные средние потребности (EAR) и рекомендуемые диетические нормы (RDA) для железа в 2001 году. [5] Текущий EAR для железа для женщин в возрасте 14–18 лет составляет 7,9 мг / день, 8,1 для всех возрастов. 19–50 и 5,0 после этого (после менопаузы). Для мужчин EAR составляет 6,0 мг / день в возрасте от 19 лет и старше. Рекомендуемая суточная норма составляет 15,0 мг / день для женщин в возрасте 15–18 лет, 18,0 мг для женщин 19–50 лет и 8,0 в дальнейшем. Для мужчин: 8,0 мг / день в возрасте от 19 лет и старше. RDA выше, чем EAR, чтобы определить суммы, которые покроют людей с потребностями выше среднего. Рекомендуемая суточная суточная норма для беременности составляет 27 мг / день, а при кормлении грудью - 9 мг / день. [5] Для детей в возрасте 1-3 лет - 7 мг / день, 10 - в возрасте 4-8 лет и 8 - в возрасте 9-13 лет. Что касается безопасности, IOM также устанавливает допустимые верхние уровни потребления (UL) для витаминов и минералов, когда доказательств достаточно. В случае железа верхний предел установлен на уровне 45 мг / день. В совокупности EAR, RDA и UL называются рекомендуемыми диетическими потребностями . [156]
Европейский орган по безопасности пищевых продуктов (EFSA) относится к коллективному набору информации , как диетическое эталонных значений, с справочном населения Intake (PRI) вместо АРР, и средняя потребность вместо EAR. AI и UL определены так же, как в США. Для женщин PRI составляет 13 мг / день в возрасте 15–17 лет, 16 мг / день для женщин в возрасте 18 лет и старше в пременопаузе и 11 мг / день в постменопаузе. При беременности и кормлении грудью - 16 мг / сут. Для мужчин PRI составляет 11 мг / день в возрасте 15 лет и старше. Для детей в возрасте от 1 до 14 лет PRI увеличивается с 7 до 11 мг / день. PRI выше, чем RDA в США, за исключением беременности. [157] EFSA рассмотрело тот же вопрос безопасности, но не установило UL. [158]
Младенцам могут потребоваться добавки железа, если они получают коровье молоко из бутылочки. [159] Частые доноры крови подвержены риску низкого уровня железа, и им часто советуют увеличивать потребление железа. [160]
Для целей маркировки пищевых продуктов и пищевых добавок в США количество в порции выражается в процентах от дневной нормы (% DV). Для целей маркировки железа 100% дневной нормы составляло 18 мг, и по состоянию на 27 мая 2016 г.[Обновить]осталась неизменной - 18 мг. [161] [162] Соответствие обновленным правилам маркировки требовалось к 1 января 2020 года для производителей с годовым объемом продаж продуктов питания в размере 10 миллионов долларов США и более, а к 1 января 2021 года - для производителей с меньшими объемами продаж продуктов питания. [163] [164] Таблица старых и новых суточных значений для взрослых приведена в Справочном суточном потреблении .
Дефицит
Дефицит железа - самый распространенный дефицит питания в мире. [5] [165] [166] [167] Когда потеря железа не компенсируется адекватным потреблением железа с пищей, возникает состояние латентного дефицита железа , что со временем приводит к железодефицитной анемии, если ее не лечить, что характеризуется недостаточным количеством эритроцитов и недостаточным количеством гемоглобина. [168] Наиболее подвержены заболеванию дети, женщины в пременопаузе (женщины детородного возраста) и люди с плохим питанием. В большинстве случаев железодефицитная анемия протекает в легкой форме, но без лечения может вызвать такие проблемы, как учащенное или нерегулярное сердцебиение, осложнения во время беременности и задержка роста у младенцев и детей. [169]
Избыток
Поглощение железа строго регулируется человеческим организмом, у которого нет регулируемых физиологических средств выделения железа. Ежедневно теряется лишь небольшое количество железа из-за слущивания эпителиальных клеток слизистых оболочек и кожи, поэтому контроль уровня железа в первую очередь достигается за счет регулирования поглощения. [170] У некоторых людей регуляция поглощения железа нарушена в результате генетического дефекта, который отображается в области гена HLA-H на хромосоме 6 и приводит к аномально низким уровням гепсидина , ключевого регулятора поступления железа в организм. кровеносная система у млекопитающих. [171] У этих людей чрезмерное потребление железа может привести к нарушениям , связанным с перегрузкой железом , известным с медицинской точки зрения как гемохроматоз . [5] Многие люди имеют недиагностированную генетическую предрасположенность к перегрузке железом и не знают семейного анамнеза этой проблемы. По этой причине людям не следует принимать добавки железа, если они не страдают дефицитом железа и не проконсультировались с врачом. Гемохроматоз считается причиной от 0,3 до 0,8% всех метаболических заболеваний у кавказцев. [172]
Передозировка проглоченного железа может вызвать чрезмерный уровень свободного железа в крови. Высокий уровень свободного двухвалентного железа в крови реагирует с пероксидами с образованием высокоактивных свободных радикалов, которые могут повредить ДНК , белки , липиды и другие клеточные компоненты. Токсичность железа возникает, когда клетка содержит свободное железо, что обычно возникает, когда уровни железа превышают доступность трансферрина для связывания железа. Повреждение клеток желудочно-кишечного тракта также может помешать им регулировать абсорбцию железа, что приведет к дальнейшему повышению уровня в крови. Железо обычно повреждает клетки сердца , печени и других органов , вызывая побочные эффекты, включая кому , метаболический ацидоз , шок , печеночную недостаточность , коагулопатию , респираторный дистресс-синдром взрослых , долгосрочное повреждение органов и даже смерть. [173] Люди испытывают отравление железом, когда содержание железа превышает 20 миллиграммов на каждый килограмм массы тела; 60 миллиграммов на килограмм считаются смертельной дозой . [174] Чрезмерное потребление железа, часто возникающее в результате употребления детьми большого количества таблеток сульфата железа, предназначенных для употребления взрослыми, является одной из наиболее распространенных токсикологических причин смерти детей в возрасте до шести лет. [174] Диетические номер всасывания (DRI) устанавливает верхний допустимый уровень всасывания (UL) для взрослых при 45 мг / сут. Для детей до четырнадцати лет UL составляет 40 мг / день. [175]
Медицинское лечение отравления железом является сложным и может включать использование специфического хелатирующего агента, называемого дефероксамином, для связывания и вывода избыточного железа из организма. [173] [176] [177]
Рак
Роль железа в защите от рака может быть описана как «палка о двух концах» из-за его повсеместного присутствия в непатологических процессах. [178] У людей, проходящих химиотерапию, может развиться дефицит железа и анемия , при которых внутривенная терапия железом используется для восстановления уровня железа. [179] Перегрузка железом, которая может возникнуть из-за большого потребления красного мяса [5], может инициировать рост опухоли и повысить предрасположенность к развитию рака, [179] особенно при колоректальном раке . [5]
Морские системы
Железо играет важную роль в морских системах и может служить ограничивающим питательным веществом для планктонной активности. [180] Из-за этого слишком сильное снижение содержания железа может привести к снижению скорости роста фитопланктонных организмов, таких как диатомовые водоросли. [181] Железо также может окисляться морскими микробами в условиях с высоким содержанием железа и низким содержанием кислорода. [182]
Железо может попадать в морские системы через прилегающие реки и прямо из атмосферы. Как только железо попадает в океан, оно может быть распределено по толщине воды за счет перемешивания океана и повторного использования на клеточном уровне. [183] В Арктике морской лед играет важную роль в хранении и распределении железа в океане, истощая океаническое железо, когда оно замерзает зимой, и высвобождая его обратно в воду, когда летом происходит таяние. [184] Круговорот железа может колебать формы железа от водных к формам частиц, изменяя доступность железа для первичных производителей. [185] Повышенное освещение и тепло увеличивает количество железа, которое находится в формах, пригодных для использования первичными производителями. [186]
Смотрите также
- Эль-Мутун в Боливии, где находится 10% доступной в мире железной руды.
- Наночастица железа
- Железо-платиновые наночастицы
- Удобрение железом - предлагаемое удобрение океанов для стимуляции роста фитопланктона.
- Железоокисляющие бактерии
- Список стран по производству чугуна
- Пеллетирование - процесс создания железорудных окатышей.
- Нержавеющее железо
- Стали
- Железный цикл
Рекомендации
- ^ Meija, Juris; и другие. (2016). «Атомный вес элементов 2013 (Технический отчет IUPAC)» . Чистая и прикладная химия . 88 (3): 265–91. DOI : 10,1515 / пак-2015-0305 .
- ^ Ram, RS; Бернат, П. Ф. (2003). «Эмиссионная спектроскопия с преобразованием Фурье системы g 4 Δ – a 4 Δ FeCl». Журнал молекулярной спектроскопии . 221 (2): 261. Bibcode : 2003JMoSp.221..261R . DOI : 10.1016 / S0022-2852 (03) 00225-X .
- ^ Demazeau, G .; Buffat, B .; Pouchard, M .; Хагенмюллер, П. (1982). «Последние разработки в области высоких степеней окисления переходных элементов в оксидах стабилизации шестикоординированного железа (V)». Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie . 491 : 60–66. DOI : 10.1002 / zaac.19824910109 .
- ^ Lu, J .; Jian, J .; Huang, W .; Lin, H .; Ли, Дж; Чжоу, М. (2016). «Экспериментальная и теоретическая идентификация степени окисления Fe (VII) в FeO 4 - ». Физическая химия Химическая физика . 18 (45): 31125–31131. Bibcode : 2016PCCP ... 1831125L . DOI : 10.1039 / C6CP06753K . PMID 27812577 .
- ^ Б с д е е г ч я J к л м п о р д «Железо» . Информационный центр по микронутриентам, Институт Линуса Полинга, Государственный университет Орегона, Корваллис, Орегон. Апреля 2016 . Проверено 6 марта 2018 .
- ^ a b c d e f g h Гринвуд и Эрншоу, стр. 1075–79.
- ^ Хиросе, К., Татено, С. (2010). «Структура железа во внутреннем ядре Земли» . Наука . Американская ассоциация развития науки. 330 (6002): 359–361. Bibcode : 2010Sci ... 330..359T . DOI : 10.1126 / science.1194662 . PMID 20947762 . S2CID 206528628 .
- ^ Чамати, Гаминчев (2014). «Динамическая устойчивость Fe под высоким давлением» . Журнал физики . IOP Publishing. 558 (1): 012013. Bibcode : 2014JPhCS.558a2013G . DOI : 10.1088 / 1742-6596 / 558/1/012013 .
- ^ Бёлер, Рейнхард (2000). «Эксперименты при высоком давлении и фазовая диаграмма материалов нижней мантии и ядра» . Обзоры геофизики . Американский геофизический союз. 38 (2): 221–45. Bibcode : 2000RvGeo..38..221B . DOI : 10.1029 / 1998RG000053 . S2CID 33458168 .
- ^ Стиксруд, Ларс; Вассерман, Евгений; Коэн, Рональд Э. (10 ноября 1997 г.). «Состав и температура внутреннего ядра Земли» . Журнал геофизических исследований: Твердая Земля . 102 (B11): 24729–39. Bibcode : 1997JGR ... 10224729S . DOI : 10.1029 / 97JB02125 .
- ^ Гринвуд и Эрншоу, стр. 1116
- ^ a b c d e f Гринвуд и Эрншоу, стр. 1074–75.
- ^ Бёлер, Рейнхард; Росс, М. (2007). «Свойства горных пород и минералов. Плавление при высоком давлении». Минеральная физика . Трактат по геофизике. 2 . Эльзевир. С. 527–41. DOI : 10.1016 / B978-044452748-6.00047-X . ISBN 9780444527486.
- ^ Стейнмец, Чарльз (1917). "рис. 42". Теория и расчет электрических цепей . Макгроу-Хилл.
- ^ а б Cullity; CD Грэм (2008). Введение в магнитные материалы, 2-е . Нью-Йорк: Wiley – IEEE. п. 116. ISBN 978-0-471-47741-9.
- ^ а б Bramfitt, BL; Бенскотер, Арлан О. (2002). «Фазовая диаграмма железа и углерода» . Руководство металлографа: практика и процедуры для чугуна и стали . ASM International. С. 24–28. ISBN 978-0-87170-748-2.
- ^ а б Ауди, Жорж; Берсильон, Оливье; Blachot, Жан; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), " Оценка ядерных свойств и свойств распада N UBASE " , Nuclear Physics A , 729 : 3–128, Bibcode : 2003NuPhA.729 .... 3A , doi : 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11 0,001
- ^ Rugel, G .; Faestermann, T .; Knie, K .; Корщинек, Г .; Путивцев, М .; Schumann, D .; Kivel, N .; Гюнтер-Леопольд, I .; Weinreich, R .; Вольмутер, М. (2009). «Новое измерение периода полураспада 60 Fe» . Письма с физическим обзором . 103 (7): 072502. Bibcode : 2009PhRvL.103g2502R . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.103.072502 . PMID 19792637 .
- ^ Dauphas, N .; Руссель, О. (2006). «Масс-спектрометрия и естественные вариации изотопов железа» (PDF) . Обзоры масс-спектрометрии . 25 (4): 515–50. Bibcode : 2006MSRv ... 25..515D . DOI : 10.1002 / mas.20078 . PMID 16463281 . Архивировано из оригинального (PDF) 10 июня 2010 года.
- ^ Mostefaoui, S .; Lugmair, GW; Hoppe, P .; Эль Гореси, А. (2004). «Свидетельства наличия живого 60Fe в метеоритах». Новые обзоры астрономии . 48 (1–4): 155–59. Bibcode : 2004NewAR..48..155M . DOI : 10.1016 / j.newar.2003.11.022 .
- ^ Фьюэлл, член парламента (1995). «Атомный нуклид с наивысшей средней энергией связи». Американский журнал физики . 63 (7): 653. Bibcode : 1995AmJPh..63..653F . DOI : 10.1119 / 1.17828 .
- ^ a b c Гринвуд и Эрншоу, стр. 12
- ^ Woosley, S .; Янка, Т. (2006). «Физика сверхновых с коллапсом ядра». Физика природы . 1 (3): 147–54. arXiv : astro-ph / 0601261 . Bibcode : 2005NatPh ... 1..147W . DOI : 10.1038 / nphys172 . S2CID 118974639 .
- ^ McDonald, I .; Sloan, GC; Zijlstra, AA; Matsunaga, N .; Мацуура, М .; Kraemer, KE; Bernard-Salas, J .; Марквик, AJ (2010). «Ржавые старые звезды: источник пропавшего межзвездного железа?». Письма в астрофизический журнал . 717 (2): L92 – L97. arXiv : 1005,3489 . Bibcode : 2010ApJ ... 717L..92M . DOI : 10.1088 / 2041-8205 / 717/2 / L92 . S2CID 14437704 .
- ^ Баутиста, Мануэль А .; Прадхан, Анил К. (1995). «Содержание железа и никеля в областях H ~ II и остатки сверхновых». Бюллетень Американского астрономического общества . 27 : 865. Bibcode : 1995AAS ... 186.3707B .
- ^ Дайсон, Фриман Дж. (1979). «Время без конца: физика и биология в открытой вселенной». Обзоры современной физики . 51 (3): 447–60. Bibcode : 1979RvMP ... 51..447D . DOI : 10.1103 / RevModPhys.51.447 .
- ^ Арон, Джейкоб. «Космические пули сверхновых могли засеять железное ядро Земли» . Новый ученый . Дата обращения 2 октября 2020 .
- ^ Кросвелл, Кен. "Железо в огне: сверхновые звезды, которые могли" . Scientific American . Проверено 3 января 2021 года .
- ^ Бухвальд, В.Ф. (1992). «Об использовании железа эскимосами в Гренландии». Характеристика материалов . 29 (2): 139–176. DOI : 10.1016 / 1044-5803 (92) 90112-U .
- ^ Эмилиани, Чезаре (1992). Планета Земля: космология, геология, эволюция жизни и окружающей среды . Издательство Кембриджского университета. п. 152. Bibcode : 1992pecg.book ..... E . ISBN 978-0-521-40949-0.
- ^ Pernet-Fisher, J .; День, JMD; Ховарт, GH; Рябов В.В. Тейлор, Лос-Анджелес (2017). «Атмосферная дегазация и образование самородного железа при взаимодействии углеродистых отложений и базальтовых расплавов» . Письма о Земле и планетологии . 460 : 201–212. Bibcode : 2017E & PSL.460..201P . DOI : 10.1016 / j.epsl.2016.12.022 .
- ^ Старк, Энн М. (2007-09-20) Исследователи определяют местонахождение зоны спинового перехода мантии, что приводит к разгадке структуры Земли . Национальная лаборатория Лоуренса Ливермора
- ^ Ферропериклаз . Mindat.org
- ^ Мураками, М .; Ohishi Y .; Hirao N .; Хиросе К. (2012). «Перовскитовая нижняя мантия, полученная на основе данных о скорости звука при высоком давлении и высокой температуре». Природа . 485 (7396): 90–94. Bibcode : 2012Natur.485 ... 90M . DOI : 10.1038 / nature11004 . PMID 22552097 . S2CID 4387193 .
- ^ Шарп, Т. (27 ноября 2014 г.). «Бриджманит - наконец-то назван». Наука . 346 (6213): 1057–58. Bibcode : 2014Sci ... 346.1057S . DOI : 10.1126 / science.1261887 . PMID 25430755 . S2CID 206563252 .
- ^ Kong, LT; Ли, Дж. Ф.; Ши, QW; Хуанг, HJ; Чжао, К. (6 марта 2012 г.). «Динамическая стабильность железа в условиях высоких температур и высокого давления». EPL . 97 (5): 56004п1–56004п5. Bibcode : 2012EL ..... 9756004K . DOI : 10.1209 / 0295-5075 / 97/56004 .
- ^ Гаминчев, КГ; Чамати, Х. (3 декабря 2014 г.). «Динамическая устойчивость Fe под высоким давлением» . J. Phys . 558 (1): 012013 (1–7). Bibcode : 2014JPhCS.558a2013G . DOI : 10.1088 / 1742-6596 / 558/1/012013 .
- ^ Морган, Джон В. и Андерс, Эдвард (1980). «Химический состав Земли, Венеры и Меркурия» . Proc. Natl. Акад. Sci. 77 (12): 6973–77. Bibcode : 1980PNAS ... 77.6973M . DOI : 10.1073 / pnas.77.12.6973 . PMC 350422 . PMID 16592930 .
- ^ «Пирротин» . Mindat.org . Проверено 7 июля 2009 года .
- ^ Klein, Cornelis и Корнелиус С. Харлбат, младший (1985) Руководство по минералогии, Wiley, 20изд, стр. 278-79 ISBN 0-471-80580-7
- ^ a b Гринвуд и Эрншоу, стр. 1071
- ^ Lyons, TW; Рейнхард, CT (2009). «Ранняя Земля: кислород для поклонников хэви-метала» . Природа . 461 (7261): 179–181. Bibcode : 2009Natur.461..179L . DOI : 10.1038 / 461179a . PMID 19741692 . S2CID 205049360 .
- ^ Облако, П. (1973). «Палеоэкологическое значение полосчатой железной формации». Экономическая геология . 68 (7): 1135–43. DOI : 10.2113 / gsecongeo.68.7.1135 .
- ^ Дикинсон, Роберт Э. (1964). Германия: региональная и экономическая география (2-е изд.). Лондон: Метуэн.
- ^ Naturwerksteine в Баден-Вюртемберге. Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau, Баден-Вюртемберг
- ^ «Сказки с берега реки» . Сохранение камня Минервы . Проверено 22 сентября 2015 года .
- ^ Klingelhöfer, G .; Моррис, Р.В.; Соуза, Пенсильвания; Родионов, Д .; Шредер, К. (2007). «Два земных года мессбауэровских исследований поверхности Марса с помощью MIMOS II». Сверхтонкие взаимодействия . 170 (1–3): 169–77. Bibcode : 2006HyInt.170..169K . DOI : 10.1007 / s10751-007-9508-5 . S2CID 98227499 .
- ^ Металлические запасы в обществе: научный синтез , 2010, Международная группа ресурсов , ЮНЕП
- ^ Гринвуд и Эрншоу, стр. 905
- ^ a b Гринвуд и Эрншоу, стр. 1070
- ^ Хуанг, Вэй; Сюй, Вэнь-Хуа; Шварц, WHE; Ли, июн (2 мая 2016 г.). «О высших степенях окисления металлических элементов в молекулах MO 4 (M = Fe, Ru, Os, Hs, Sm и Pu)». Неорганическая химия . 55 (9): 4616–25. DOI : 10.1021 / acs.inorgchem.6b00442 . PMID 27074099 .
- ^ Лу, Джун-Бо; Цзянь, Цзивэнь; Хуанг, Вэй; Линь, Хайлу; Ли, Цзюнь; Чжоу Минфэй (16 ноября 2016 г.). «Экспериментальная и теоретическая идентификация степени окисления Fe (VII) в FeO 4 - ». Phys. Chem. Chem. Phys . 18 (45): 31125–31131. Bibcode : 2016PCCP ... 1831125L . DOI : 10.1039 / c6cp06753k . PMID 27812577 .
- ^ Нам, Вону (2007). «Высоковалентное железо (IV) –оксокомплексы гемовых и негемовых лигандов в реакциях оксигенации» (PDF) . Счета химических исследований . 40 (7): 522–531. DOI : 10.1021 / ar700027f . PMID 17469792 .
- ^ а б в г д е Холлеман, Арнольд Ф .; Виберг, Эгон; Виберг, Нильс (1985). "Утюг". Lehrbuch der Anorganischen Chemie (на немецком языке) (91–100 изд.). Вальтер де Грюйтер. С. 1125–46. ISBN 3-11-007511-3.
- ^ Рейфф, Уильям Майкл; Лонг, Гэри Дж. (1984). «Мессбауэровская спектроскопия и координационная химия железа». Мессбауэровская спектроскопия в неорганической химии . Springer. С. 245–83. ISBN 978-0-306-41647-7.
- ^ Уэр, Майк (1999). «Введение в монохромном» . Цианотипия: история, наука и искусство фотопечати берлинской лазурью . ООО «НМСИ Трейдинг» с. 11–19. ISBN 978-1-900747-07-3.
- ^ Гмелин, Леопольд (1852). «Меркурий и железо» . Справочник по химии . 6 . Кавендишское общество. С. 128–29.
- ^ a b c Гринвуд и Эрншоу, стр. 1079
- ^ a b c d Гринвуд и Эрншоу, стр. 1082–84.
- ^ a b c d e Гринвуд и Эрншоу, стр. 1088–91.
- ^ a b c Гринвуд и Эрншоу, стр. 1091–97.
- ^ Клаузен, Калифорния; Хорошо, ML (1968). «Стабилизация аниона гексахлорферрата (III) катионом метиламмония». Неорганическая химия . 7 (12): 2662–63. DOI : 10.1021 / ic50070a047 .
- ^ Джеймс, Б. Д.; Бакалова, М .; Lieseganga, J .; Reiff, WM; Безскакательный, DCR; Скелтон, BW; Белый, AH (1996). "Анион гексахлорферрата (III), стабилизированный в водородно-связанных упаковочных устройствах. Сравнение рентгеновских кристаллических структур и низкотемпературного магнетизма тетракис (метиламмония) гексахлорферрата (III) хлорида (I) и тетракис (гексаметилендиаммония) гексахлорферрата (III) тетрахлорферрата (III) тетрахлорид (II) ". Inorganica Chimica Acta . 247 (2): 169–74. DOI : 10.1016 / 0020-1693 (95) 04955-X .
- ^ Giannoccaro, P .; Сакко, А. (1977). Бис [этиленбис (дифенилфосфин)] -водородные комплексы . Неорг. Synth. Неорганические синтезы. 17 . С. 69–72. DOI : 10.1002 / 9780470132487.ch19 . ISBN 978-0-470-13248-7.
- ^ Lee, J .; Jung, G .; Ли, SW (1998). «Строение транс-хлоргидридобис (дифенилфосфиноэтан) железа (II)» . Бык. Korean Chem. Soc . 19 (2): 267–69. DOI : 10.1007 / BF02698412 . S2CID 35665289 .
- ^ Этиго, Такуя; Кимата, Мицуёси (2008). «Монокристаллические рентгеноструктурные и спектроскопические исследования гумбольдтина и линдбергита: слабый эффект Яна – Теллера иона Fe 2+ ». Phys. Chem. Минералы . 35 (8): 467–75. Bibcode : 2008PCM .... 35..467E . DOI : 10.1007 / s00269-008-0241-7 . S2CID 98739882 .
- ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1984). Химия элементов . Оксфорд: Pergamon Press . С. 1282–86. ISBN 978-0-08-022057-4..
- ^ Кили, Т.Дж.; Паусон, П. Л. (1951). «Новый тип железоорганического соединения». Природа . 168 (4285): 1039–40. Bibcode : 1951Natur.168.1039K . DOI : 10.1038 / 1681039b0 . S2CID 4181383 .
- ^ Miller, SA; Теббот, Дж. А; Tremaine, JF (1952). «114. Дициклопентадиенилирон». J. Chem. Soc. : 632–635. DOI : 10.1039 / JR9520000632 .
- ^ Уилкинсон, Г .; Розенблюм, М .; Whiting, MC; Вудворд, РБ (1952). «Структура бис-циклопентадиенила железа». Варенье. Chem. Soc. 74 (8): 2125–2126. DOI : 10.1021 / ja01128a527 .
- ^ Окуда, июн (28 декабря 2016 г.). «Ферроцен - 65 лет спустя». Европейский журнал неорганической химии . 2017 (2): 217–219. DOI : 10.1002 / ejic.201601323 . ISSN 1434-1948 .
- ^ Гринвуд и Эрншоу, стр. 1104
- ^ Баллок, РМ (11 сентября 2007 г.). «Железный катализатор гидрирования кетонов в мягких условиях». Энгью. Chem. Int. Эд. 46 (39): 7360–63. DOI : 10.1002 / anie.200703053 . PMID 17847139 .
- ^ «26 Утюг» . Elements.vanderkrogt.net . Проверено 12 сентября 2008 года .
- ^ Харпер, Дуглас (2001–2016). "ферро-" . etymonline.com . Проверено 7 августа +2016 .
- ^ Харпер, Дуглас (2001–2016). "железо" . etymonline.com . Проверено 7 августа +2016 .
- ^ Гамкрелидзе, Томас В .; Иванов, Вячеслав В. (1995). Индоевропейцы и индоевропейцы: реконструкция и исторический анализ протоязыка и прото-культуры . Вальтер де Грюйтер. п. 615. ISBN 978-3-11-081503-0.
- ^ Чарльтон Т. Льюис; Чарльз Шорт (1879). Латинский словарь . Оксфорд: Clarendon Press.
- ^ Коблин, В. Юг (1986). Справочник китаеведа китайско-тибетских лексических соответствий . Серия монографий Monumenta Serica. 18 . Неттеталь: Стейлер.
- ^ 1988 ,国語 大 辞典 (新装 Version) (Kokugo Dai Jiten, Revised Edition) (на японском языке), Tōkyō : Shogakukan
- Перейти ↑ Weeks 1968 , p. 4.
- ^ a b Недели 1968 г. , стр. 29.
- ^ a b c Недели 1968 г. , стр. 31.
- ^ Бьоркман, Джудит Кингстон (1973). «Метеоры и метеориты на древнем Ближнем Востоке». Метеоритика . 8 (2): 91–132. Bibcode : 1973Metic ... 8 ... 91B . DOI : 10.1111 / j.1945-5100.1973.tb00146.x .
- ^ Комелли, Даниэла; д'Орацио, Массимо; Фолько, Луиджи; Эль-Халваги, Махмуд; Фриззи, Томмазо; Альберти, Роберто; Капогроссо, Валентина; Эльнаггар, Абдельразек; Хасан, Хала; Невин, Остин; Порселли, Франко; Рашед, Мохамед Дж. Валентини, Джанлука (2016). «Метеоритное происхождение лезвия железного кинжала Тутанхамона» . Метеоритика и планетология . 51 (7): 1301–09. Bibcode : 2016M & PS ... 51.1301C . DOI : 10.1111 / maps.12664 .
- ^ Уолш, Деклан (2 июня 2016 г.). «Кинжал Тутанхамона, сделанный из« Железа с неба », - говорят исследователи» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 4 июня +2016 .
Состав лезвия из железа, никеля и кобальта примерно соответствовал метеориту, упавшему в северном Египте. Результат «настоятельно предполагает внеземное происхождение».
- ^ Юре, Эндрю (1843). Technisches wörterbuch oder Handbuch der Gewerbskunde ...: Bearb. nach Словарь искусств, производств и горнодобывающей промышленности доктора Эндрю Юре (на немецком языке). Г. Хаазе. п. 492.
- ^ a b c d Недели 1968 г. , стр. 32.
- ^ McNutt, Паула (1990 1). Ковка Израиля: технология железа, символизм и традиции в древнем обществе. A&C Black.
- ^ Тевари, Ракеш. «Истоки обработки железа в Индии: новые свидетельства из равнины Центральной Ганги и восточных виндхий» (PDF) . Государственный археологический отдел . Проверено 23 мая 2010 года .
- ^ Фотографии Э. (1989). «Вопрос о метеоритном и плавленом железе с высоким содержанием никеля: археологические свидетельства и экспериментальные результаты». Мировая археология . Taylor & Francis, Ltd. 20 (3): 403–21. DOI : 10.1080 / 00438243.1989.9980081 . JSTOR 124562 .
- ^ Мухли, Джеймс Д. (2003). «Металлообработка / Горное дело в Леванте». В Лейк, Ричард Вайнона (ред.). Ближневосточная археология IN: Eisenbrauns . 180 . С. 174–83.
- ^ Витцель, Майкл (2001), «Аутохтонные арийцы? Доказательство от старого индейца и иранских текстов» , в Электронном журнале ведических исследований (EJVS) 7-3, стр. 1-93
- ^ Недели, стр. 33, цитируя Клайна, Уолтера (1937) «Горнодобывающая и металлургическая промышленность в негритянской Африке», издательство George Banta Publishing Co., Менаша, Висконсин, стр. 17–23.
- ^ Ридерер, Йозеф; Вартке, Ральф-Б. (2009) «Железо», Канчик, Хуберт; Шнайдер, Хельмут (ред.): Новый Поли Брилла, Брилл.
- Перейти ↑ Sawyer, Ralph D. and Sawyer, Mei-chün (1993). Семь военных классиков Древнего Китая. Боулдер: Вествью. ISBN 0-465-00304-4 . п. 10.
- ^ Пиготт, Винсент С. (1999). Археометаллургия Азиатского Старого Света . Филадельфия: Музей археологии и антропологии Пенсильванского университета. ISBN 0-924171-34-0 , стр. 8.
- ^ Голас, Питер Дж. (1999). Наука и цивилизация в Китае: Том 5, Химия и химическая технология, Часть 13, Горное дело . Издательство Кембриджского университета. п. 152. ISBN. 978-0-521-58000-7.
самая ранняя доменная печь, обнаруженная в Китае примерно с первого века нашей эры.
- ^ Пиготт, Винсент С. (1999). Археометаллургия Азиатского Старого Света . Филадельфия: Музей археологии и антропологии Пенсильванского университета. ISBN 0-924171-34-0 , стр. 191.
- ^ Наступление эпохи стали . Brill Archive. 1961. с. 54.
- ^ Мотт, РА (2014). «Сухая и мокрая лужа». Труды Общества Ньюкоменов . 49 : 156–57. DOI : 10.1179 / tns.1977.011 .
- ^ Вагнер, Дональд Б. (2003). «Китайские домны с 10 по 14 века» (PDF) . Историческая металлургия . 37 (1): 25–37. Архивировано 7 января 2018 года из оригинального (PDF) . Проверено 7 января 2018 . первоначально опубликовано в Вагнер, Дональд Б. (2001). «Китайские домны 10-14 веков». Западноазиатская наука, технология и медицина . 18 : 41–74. DOI : 10.1163 / 26669323-01801008 .
- ^ Giannichedda, Энрико (2007): «Производство металлов в поздней античности» , в технологии в переходный период нашей эры 300-650 Лаван, L .; Занини, Э. и Сарантис, А. (ред.), Брилл, Лейден; ISBN 90-04-16549-5 , стр. 200.
- ^ Б с д е е г Биддл, Верн; Паркер, Грегори. Химия, точность и дизайн . A Beka Book, Inc.
- ^ Вагнер, Дональд Б. (1993). Железо и сталь в Древнем Китае . Брилл. С. 335–340. ISBN 978-90-04-09632-5.
- ^ a b c d Гринвуд и Эрншоу, стр. 1072
- ^ Шивельбуш, Г. (1986) Железнодорожное путешествие: индустриализация и восприятие времени и пространства в 19 веке. Оксфорд: Берг.
- ^ Spoerl, Джозеф С. Краткая история производства железа и стали архивации 2 июня 2010 года на Wayback Machine . Колледж Святого Ансельма
- ^ Энгхаг, Пер (8 января 2008 г.). Энциклопедия элементов: Технические данные - История - Обработка - Приложения . С. 190–91. ISBN 978-3-527-61234-5.
- ^ Уитакер, Роберт Д. (1975). «Историческая справка о сохранении массы». Журнал химического образования . 52 (10): 658. Bibcode : 1975JChEd..52..658W . DOI : 10.1021 / ed052p658 .
- ^ Фонтенроуз, Джозеф (1974). «Работа, справедливость и пять веков Гесиода». Классическая филология . 69 (1): 1–16. DOI : 10.1086 / 366027 . JSTOR 268960 . S2CID 161808359 .
- ^ Шмидт, Ева (1981) Der preußische Eisenkunstguss. (Искусство прусского чугуна) Technik, Geschichte, Werke, Künstler . Верлаг Манн, Берлин, ISBN 3-7861-1130-8
- ^ Lux, H. (1963) "Металлическое железо" в Справочнике по препаративной неорганической химии , 2-е изд. Г. Брауэр (редактор), Academic Press, NY. Vol. 2. С. 1490–91.
- ^ Статистический ежегодник стали 2010 . Всемирная ассоциация производителей стали
- ^ a b c d e f g Гринвуд и Эрншоу, стр. 1073
- ^ Сонг Аингксинг (1637): Тяньгун Kaiwu энциклопедия.
- ↑ Verhoeven, JD (1975) « Основы физической металлургии» , Wiley, New York, p. 326
- ^ Гринвуд и Эрншоу, стр. 1070-71
- ^ а б Коль, Уолтер Х. (1995). Справочник материалов и техники для вакуумных устройств . Springer. С. 164–67. ISBN 1-56396-387-6.
- ^ а б Кун, Ховард; Медлин, Дана; и др., ред. (2000). Справочник ASM - Механические испытания и оценка (PDF) . 8 . ASM International. п. 275. ISBN 0-87170-389-0.
- ^ «Таблица преобразования твердости» . Метрики Мэриленда. Архивировано 18 июня 2015 года . Проверено 23 мая 2010 года .CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
- ^ Такадзи, Кусакава; Тошикацу, Отани (1964). «Свойства различного чистого железа: исследование чистого железа I» . Тецу-то-Хагане . 50 (1): 42–47. DOI : 10,2355 / tetsutohagane1955.50.1_42 .
- ^ Рагхаван, В. (2004). Материаловедение и инженерия . PHI Learning Pvt. ООО п. 218. ISBN 81-203-2455-2.
- ^ Мартин, Джон Уилсон (2007). Краткая энциклопедия строения материалов . Эльзевир. п. 183. ISBN. 978-0-08-045127-5.
- ^ а б Кэмп, Джеймс Макинтайр; Фрэнсис, Чарльз Блейн (1920). Производство, формовка и обработка стали . Питтсбург: Carnegie Steel Company. С. 173–74. ISBN 1-147-64423-3.
- ^ а б Смит, Уильям Ф .; Хашеми, Джавад (2006), Основы материаловедения и инженерии (4-е изд.), McGraw-Hill, стр. 431, ISBN 0-07-295358-6.
- ^ а б «Классификация углеродистых и низколегированных сталей» . Проверено 5 января 2008 года .
- ^ HSLA стали , 15 ноября 2002,архиве с оригинала на 30 декабря 2009 , получен 11 октября 2008 .
- ^ Oberg, E .; и другие. (1996), "Справочник по машинному оборудованию", Нью-Йорк: Industrial Press (25-е изд.), Industrial Press Inc: 440–42, Bibcode : 1984msh..book ..... R
- ^ Rokni, Sayed H .; Коссэрт, Дж. Дональд; Лю, Джеймс С. (январь 2008 г.). "Радиационная защита ускорителей электронов и протонов высоких энергий" (PDF) . Проверено 6 августа +2016 .
- ^ a b c Гринвуд и Эрншоу, стр. 1076
- ^ Коласинский, Курт В. (2002). «Где важны гетерогенные реакции» . Наука о поверхности: основы катализа и нанонауки . Джон Уайли и сыновья. С. 15–16. ISBN 978-0-471-49244-3.
- ^ МакКетта, Джон Дж. (1989). «Нитробензол и нитротолуол» . Энциклопедия химической обработки и проектирования: Том 31 - Жидкости природного газа и природного бензина для морских технологических трубопроводов: высокоэффективные сплавы . CRC Press. С. 166–67. ISBN 978-0-8247-2481-8.
- ^ а б в Вильдермут, Эгон; Старк, Ганс; Фридрих, Габриэле; Эбенхох, Франц Людвиг; Кюборт, Бриджит; Сильвер, Джек; Ритупер, Рафаэль (2000). «Соединения железа». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . DOI : 10.1002 / 14356007.a14_591 . ISBN 3-527-30673-0.
- ^ Страуд, Роберт (1933). Болезни канареек . Компания Canary Publishers. п. 203. ISBN. 978-1-4465-4656-7.
- ^ Dlouhy, Adrienne C .; Ауттен, Кэрин Э. (2013). Банчи, Лючия (ред.). Металломика и клетка . Ионы металлов в науках о жизни. 12 . Springer. С. 241–78. DOI : 10.1007 / 978-94-007-5561-1_8 . ISBN 978-94-007-5560-4. PMC 3924584 . PMID 23595675 . электронная книга ISBN 978-94-007-5561-1
- ^ Йи, Гереон М .; Толмен, Уильям Б. (2015). Питер М. Х. Кронек; Марта Э. Соса Торрес (ред.). Поддержание жизни на планете Земля: металлоферменты, усваивающие кислород и другие жевательные газы . Ионы металлов в науках о жизни. 15 . Springer. С. 131–204. DOI : 10.1007 / 978-3-319-12415-5_5 . PMID 25707468 .
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p Гринвуд и Эрншоу, стр. 1098–104.
- ^ Липпард, SJ; Берг, Дж. М. (1994). Основы биоинорганической химии . Милл-Вэлли: университетские научные книги. ISBN 0-935702-73-3.
- ^ Kikuchi, G .; Yoshida, T .; Ногучи, М. (2005). «Гемоксигеназа и деградация гема». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях . 338 (1): 558–67. DOI : 10.1016 / j.bbrc.2005.08.020 . PMID 16115609 .
- ^ Уэбе, Рене; Шулер, Дирк; «Формирование биоминералов железа», стр. 159-184 в «Металлы, микробы и минералы: биогеохимическая сторона жизни» (2021), стр. Xiv + 341. Вальтер де Грюйтер, Берлин. Редакторы Кронек, Питер М.Х. и Соса Торрес, Марта. DOI 10.1515 / 9783110589771-006
- ^ Neilands, JB (1995). «Сидерофоры: структура и функция микробных транспортных соединений железа» . Журнал биологической химии . 270 (45): 26723–26. DOI : 10.1074 / jbc.270.45.26723 . PMID 7592901 .
- ^ Neilands, JB (1981). «Микробные соединения железа». Ежегодный обзор биохимии . 50 (1): 715–31. DOI : 10.1146 / annurev.bi.50.070181.003435 . PMID 6455965 .
- ^ Бухалфа, Хаким; Крамблисс, Элвин Л. (2002). «Химические аспекты опосредованного сидерофором транспорта железа». BioMetals . 15 (4): 325–39. DOI : 10,1023 / A: 1020218608266 . PMID 12405526 . S2CID 19697776 .
- ^ Nanami, M .; Ookawara, T .; Otaki, Y .; Ито, К .; Moriguchi, R .; Miyagawa, K .; Hasuike, Y .; Идзуми, М .; Eguchi, H .; Сузуки, К .; Наканиши, Т. (2005). «Фактор некроза опухоли-α-индуцированная секвестрация железа и окислительный стресс в эндотелиальных клетках человека» . Артериосклероз, тромбоз и биология сосудов . 25 (12): 2495–501. DOI : 10.1161 / 01.ATV.0000190610.63878.20 . PMID 16224057 .
- ^ Руо, Трейси А. (2003). «Как млекопитающие приобретают и распределяют железо, необходимое для кислородного метаболизма» . PLOS Биология . 1 (3): e9. DOI : 10.1371 / journal.pbio.0000079 . PMC 300689 . PMID 14691550 .
- ^ Бун Э.М., Даунс А., Марси Д. «Предлагаемый механизм каталазы» . Каталаза: H 2 O 2 : H 2 O 2 Оксидоредуктаза: Учебное пособие по структуре каталазы . Проверено 11 февраля 2007 года .
- ^ Бойингтон Дж. К., Гаффни Б. Дж., Амзель Л. М. (1993). «Трехмерная структура 15-липоксигеназы арахидоновой кислоты». Наука . 260 (5113): 1482–86. Bibcode : 1993Sci ... 260.1482B . DOI : 10.1126 / science.8502991 . PMID 8502991 .
- ^ Серый, НК; Hentze, MW (август 1994 г.). «Регуляторный белок железа предотвращает связывание комплекса предварительной инициации трансляции 43S с ферритином и мРНК eALAS» . EMBO J . 13 (16): 3882–91. DOI : 10.1002 / j.1460-2075.1994.tb06699.x . PMC 395301 . PMID 8070415 .
- ^ Грегори Б. Васкес; Синьхуа Цзи; Клара Фронтичелли; Гэри Л. Гиллиланд (1998). «Карбоксигемоглобин человека с разрешением 2,2 Å: структура и сравнение растворителей гемоглобинов R-состояния, R2-состояния и T-состояния» . Acta Crystallogr. D . 54 (3): 355–66. DOI : 10.1107 / S0907444997012250 . PMID 9761903 .
- ^ Сандерсон, К. (2017). «Железная хватка мидий вдохновляет прочный и эластичный полимер» . Новости химии и машиностроения . Американское химическое общество. 95 (44): 8. DOI : 10.1021 / CEN-09544-notw3 . Проверено 2 ноября 2017 года .
- ↑ Food Standards Agency - Ешьте хорошо, будьте здоровы - Дефицит железа. Архивировано 8 августа 2006 г. в Wayback Machine . Eatwell.gov.uk (5 марта 2012 г.). Проверено 27 июня 2012 года.
- ^ Hoppe, M .; Hulthén, L .; Холлберг, Л. (2005). «Относительная биодоступность у людей порошков элементарного железа для использования в обогащении пищевых продуктов». Европейский журнал питания . 45 (1): 37–44. DOI : 10.1007 / s00394-005-0560-0 . PMID 15864409 . S2CID 42983904 .
- ^ Pineda, O .; Эшмид, HD (2001). «Эффективность лечения железодефицитной анемии у детей грудного и раннего возраста с хелатом бис-глицината железа». Питание . 17 (5): 381–4. DOI : 10.1016 / S0899-9007 (01) 00519-6 . PMID 11377130 .
- ^ Эшмид, Х. ДеУэйн (1989). Беседы о хелатировании и минеральном питании. Китс Паблишинг. ISBN 0-87983-501-X.
- ^ Группа по микронутриентам Института медицины (США) (2001 г.). «Утюг» (PDF) . Рекомендуемая диета для витамина А, витамина К, мышьяка, бора, хрома, меди, йода, железа, марганца, молибдена, никеля, кремния, ванадия и железа . Национальная академия прессы. С. 290–393. ISBN 0-309-07279-4. PMID 25057538 .
- ^ «Обзор диетических референсных значений для населения ЕС, составленный группой EFSA по диетическим продуктам, питанию и аллергии» (PDF) . Европейское агентство по безопасности пищевых продуктов . 2017 г.
- ^ «Допустимые верхние уровни потребления витаминов и минералов» (PDF) . Европейское агентство по безопасности пищевых продуктов. 2006 г.
- ^ «Железодефицитная анемия» . MediResource . Проверено 17 декабря 2008 года .
- ^ Мильман, Н. (1996). «Ферритин сыворотки у датчан: исследования статуса железа от младенчества до старости, во время сдачи крови и беременности» . Международный журнал гематологии . 63 (2): 103–35. DOI : 10.1016 / 0925-5710 (95) 00426-2 . PMID 8867722 .
- ^ «Федеральный регистр, 27 мая 2016 г. Маркировка пищевых продуктов: пересмотр этикеток с указанием пищевых продуктов и добавок. FR страница 33982» (PDF) .
- ^ «Справочник дневной нормы в базе данных этикеток диетических добавок (DSLD)» . База данных этикеток диетических добавок (DSLD) . Дата обращения 16 мая 2020 .
- ^ «Изменения в этикетке с данными о пищевой ценности» . США пищевых продуктов и медикаментов (FDA) . 27 мая 2016 . Дата обращения 16 мая 2020 . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
- ^ «Отраслевые ресурсы об изменениях в этикетке с данными о пищевой ценности» . США пищевых продуктов и медикаментов (FDA) . 21 декабря 2018 . Дата обращения 16 мая 2020 . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
- ^ Центры по контролю и профилактике заболеваний (2002). «Дефицит железа - США, 1999–2000» . MMWR . 51 (40): 897–99. PMID 12418542 .
- ^ Hider, Роберт C .; Конг, Сяоле (2013). «Глава 8. Железо: эффект перегрузки и дефицита». В Астрид Сигель, Гельмут Сигель и Роланд К.О. Сигель (ред.). Взаимосвязь между ионами эссенциальных металлов и болезнями человека . Ионы металлов в науках о жизни. 13 . Springer. С. 229–94. DOI : 10.1007 / 978-94-007-7500-8_8 . PMID 24470094 .
- ^ Dlouhy, Adrienne C .; Ауттен, Кэрин Э. (2013). «Глава 8.4 Поглощение, транспортировка и хранение железа». В Банчи, Лючия (ред.). Металломика и клетка . Ионы металлов в науках о жизни. 12 . Springer. С. 241–78. DOI : 10.1007 / 978-94-007-5561-1_8 . ISBN 978-94-007-5560-4. PMC 3924584 . PMID 23595675 . электронная книга ISBN 978-94-007-5561-1
- ^ Центры CDC по контролю и профилактике заболеваний (3 апреля 1998 г.). «Рекомендации по предотвращению и контролю дефицита железа в Соединенных Штатах» . Еженедельный отчет о заболеваемости и смертности . 47 (RR3): 1 . Проверено 12 августа 2014 .
- ^ Центры по контролю и профилактике заболеваний. «Железо и железодефицит» . Проверено 12 августа 2014 .
- ^ Рамзи С. Котран; Винай Кумар; Такер Коллинз; Стэнли Леонард Роббинс (1999). Патологическая основа болезни Роббинса . Сондерс. ISBN 978-0-7216-7335-6. Проверено 27 июня 2012 года .
- ^ Ганц Т. (август 2003 г.). «Гепсидин, ключевой регулятор метаболизма железа и медиатор анемии воспаления» . Кровь . 102 (3): 783–8. DOI : 10.1182 / кровь-2003-03-0672 . PMID 12663437 . S2CID 28909635 .
- ^ Durupt, S .; Durieu, I .; Nové-Josserand, R .; Bencharif, L .; Rousset, H .; Витал Дюран, Д. (2000). «Наследственный гемохроматоз». Преподобный Мед Интерн . 21 (11): 961–71. DOI : 10.1016 / S0248-8663 (00) 00252-6 . PMID 11109593 .
- ^ а б Cheney, K .; Gumbiner, C .; Benson, B .; Тененбейн, М. (1995). «Выживание после тяжелого отравления железом, лечившееся периодическими вливаниями дефероксамина». J Toxicol Clin Toxicol . 33 (1): 61–66. DOI : 10.3109 / 15563659509020217 . PMID 7837315 .
- ^ а б «Токсичность, железо» . Medscape . Проверено 23 мая 2010 года .
- ^ Диетические справочные нормы потребления (DRI): рекомендованные нормы потребления для отдельных лиц (PDF) , Совет по пищевым продуктам и питанию, Институт медицины, Национальные академии, 2004 г., заархивировано из оригинала (PDF) 14 марта 2013 г. , извлечено 9 июня 2009 г.
- ^ Тененбейн, М. (1996). «Преимущества парентерального дефероксамина при остром отравлении железом». J Toxicol Clin Toxicol . 34 (5): 485–89. DOI : 10.3109 / 15563659609028005 . PMID 8800185 .
- ^ Ву Х, Ву Т, Сюй Х, Ван Дж, Ван Дж (май 2011 г.). «Железная токсичность у мышей с внутримозговым кровоизлиянием, вызванным коллагеназой» . J Cereb Blood Flow Metab . 31 (5): 1243–50. DOI : 10.1038 / jcbfm.2010.209 . PMC 3099628 . PMID 21102602 .
- ^ Тевенод, Франк (2018). «Глава 15. Железо и его роль в защите от рака: обоюдоострый меч». В Сигеле, Астрид; Сигель, Гельмут; Фрайзингер, Ева; Сигель, Роланд К.О. (ред.). Металло-препараты: разработка и действие противоопухолевых средств . Ионы металлов в науках о жизни . 18 . Берлин: de Gruyter GmbH. С. 437–67. DOI : 10.1515 / 9783110470734-021 . PMID 29394034 .
- ^ а б Бегин, Y; Аапро, М; Людвиг, H; Бизань, Л; Остерборг, А (2014). «Эпидемиологические и доклинические исследования влияния железа на канцерогенез - критический обзор» . Критические обзоры в онкологии / гематологии . 89 (1): 1–15. DOI : 10.1016 / j.critrevonc.2013.10.008 . PMID 24275533 .
- ^ Morel, ФММ, Хадсон, RJM, и цена, NM (1991). Ограничение продуктивности по следовым металлам в море. Лимнология и океанография, 36 (8), 1742-1755. DOI : 10,4319 / lo.1991.36.8.1742
- ^ Brezezinski, MA, Бейнс, SB, Болкх, WM, Beucher, CP, Chai, Ф., Dugdale, RC, Krause, JW, Ландри, MR, Марчи, А. Меры, CI, Нельсон, DM, Паркер, А.Е. , Поултон, AJ, Селф, К.Е., Страттон, П.Г., Тейлор, А.Г., и Твининг, Б.С. (2011). Совместное ограничение диатомовых водорослей железом и кремниевой кислотой в экваториальной части Тихого океана. Deep-Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography, 58 (3-4), 493-511. DOI : 10.1016 / j.dsr2.2010.08.005
- Перейти ↑ Field, EK, Kato, S., Findlay, AJ, MacDonald, DJ, Chiu, BK, Luther, GW, & Chan, CS (2016). Планктонные морские окислители железа способствуют минерализации железа в условиях низкого содержания кислорода. Геобиология, 14 (5), 499-508. DOI : 10.1111 / gbi.12189
- Перейти ↑ Wells, ML, Price, NM, & Bruland, KW (1995). Химический состав железа в морской воде и его связь с фитопланктоном: отчет семинара. Морская химия, 48 (2), 157-182. DOI : 10,1016 / 0304-4203 (94) 00055-I
- ^ Lannuzel Д., Vancoppenolle, М., ван дер Мерве, П., де Йонг, J., Meiners, КМ, Гротти, М., Nishioska, J., & Schoemann. (2016). Железо в морском льду: обзор и новые идеи. Elementa: Science of the Anthropocene, 4 000130. doi : 10.12952 / journal.elementa.000130
- ^ Raiswell, Р. 2011. Транспортировка железа с континентов в открытый океан: цикл старения и омоложения. Элементы, 7 (2), 101–106. DOI : 10.2113 / gselements.7.2.101
- ^ Tagliabue, А., Боппа, Л., Омон, О., & Арриго, КР (2009). Влияние света и температуры на морской цикл железа: от теоретического к глобальному моделированию. Глобальные биогеохимические циклы, 23. DOI : 10,1029 / 2008GB003214
Библиография
- Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
- Недели, Мэри Эльвира ; Лейчестер, Генри М. (1968). «Элементы, известные древним». Открытие стихий . Истон, Пенсильвания: Журнал химического образования. стр. 29 -40. ISBN 0-7661-3872-0. LCCN 68-15217 .
дальнейшее чтение
- Х. Р. Шуберт, История британской черной металлургии ... до 1775 года нашей эры (Рутледж, Лондон, 1957)
- Р.Ф. Тайлекот, История металлургии (Институт материалов, Лондон, 1992).
- Р.Ф. Тайлекот, «Железо в промышленной революции» в Дж. Дэй и Р.Ф. Тайлекот, Промышленная революция в металлах (Институт материалов 1991), 200–60.
Внешние ссылки
- Это элементаль - железо
- Железо в Периодической таблице видео (Ноттингемский университет)
- Металлургия для неметаллургов
- Утюг JB Calvert