2 единицы измерения, какова температура кипения железа
Железо – один из самых распространённых металлов на земле. Он популярен не только из-за больших запасов, но и сфер применения в промышленности и быту. Оглянитесь вокруг себя, и вы наверняка найдете какой-либо предмет, имеющий в своем составе железо.
Сегодня мы расскажем, какова температура кипения железа, его точка плавления + и другие свойства чистого вещества, а также предоставим краткую характеристику металла вообще.
Оглавление
Что такое железо?
С точки зрения промышленности, железо является главным соорудительным материалом в мире. Его использование повсеместно – от ручки двери до двигателей межпланетных ракет. Причинность подобной популярности проста – распространенность и дешевизна сырья, ведь железо находится на втором месте по доле в земной коре после алюминия. Символьное обозначение железа «Fe»? а его порядковый номер у Менделеева 26.
Важно: не путайте сталь и железо – это совсем разные термины. Железо является чистым химическим элементом, а сталь – сплав ферума и углерода.
Иногда железом в промышленности называют высококонцентрированный сплав с долевым содержанием примесей менее 0.7% от общей массы. В таком случае, физические свойства вещества почти не теряются. Большинство сплавов на основе железа относят к группе черных металлов.
| Сохранение свойств упругости при повышении прочности металла – это если речь о высококонцентрированных железных сплавах. | Слабая стойкость к коррозии. Проблему исправить можно, но себестоимость производства увеличивается. |
| Обилие ферритов дает возможность производить материалы на основе железа для любых бытовых и промышленных задач. При чем, смена свойств протекает даже с минимальными вкраплениями примесей. | Из-за накопления электричества, железо поддается коррозии электрохимического типа. По данной причине детали из железа необходимо защищать протекторами, катодами и прочими средствами защиты. |
| Легко поддается механической обработке, что увеличивает вариативность в отношении форм и видов изделий. | Удельный вес чистого железа делает конструкции из него крайне тяжелыми. |
| Магнитные свойства металла позволяют с него получать магнитоприводы. Высокая ковкость железа позволяет делать из него множество декоративных элементов. |
В чистой форме железо обладает хорошей пластичностью, что позволяет его легко ковать, но тяжело лить. Структура металла – это 5 фаз, у каждой из которых собственная кристаллическая структура и решеточные параметры. Детальнее в таблице ниже.
| α | Тип решетки – кубическая, объемно-центрированной формы. Устойчивость фаза – до 770 градусов по Цельсию. Физическая особенность – ферромагнетические свойства. |
| β | Существование фазы протекает при температурных границах от 770 до 918 градусов по Цельсию. Полное сохранение физических и химических свойств, кроме намагничивания. Железо становится парамагнетиком. Структура похожа на предыдущую фазу, но у решетки параметры незначительно отличаются. |
| γ | Температурные границы существования – от 918 градусов до 1395 градусов. Ключевое отличие – решетка кубического + гранецентрического типа. |
| δ | Имеется только нижняя температурная граница в 1395 градусов. Верхний предел отсутствует. Тип решеточной структуры – объемно-центрическая. |
| ε | У фазы не имеется четких температурных границ, но необходимое условие существования – высокое давление + подключение к чистому железу легирующих компонентов. Тип решетки – гексагоническая с плотным расположением кристаллов. |
Физические особенности железа напрямую зависят от чистоты вещества. Помимо полезных легирующих компонентов, что позитивно сказываются на свойствах металла, имеются и отрицательные элементы, способные ухудшить его характеристики. Примерами таковых может быть та же сера с фосфором, которые снижают показатели пластичности, взамен не предоставляя сплаву ничего из положительных свойств.
Базовые характеристики железа:
- вариативная плотность, зависящая от фазы пребывания металла. Обобщенный промежуток – от 7.4 до 7.9 грамма/кубический сантиметр;
- стойкость железа в чистом виде небольшая. Предел прочности у рядового технического железа – 299 МПа, но если речь о быстрорежущей стали, то здесь предел прочности возрастает до значения в 2.7 ГПа;
- чистое железо по шкале Мооса тянет на оценку в 4 балла;
- проводимость чистого ферума ниже нежели у алюминия/меди – 9.7*10^(-8);
- металл поддается ковке, но в чистом виде не поддается литью;
- низкая токсичность, но не биологическая инертность.
Усвоение железа человеческим организмом составляет всего ½ от получаемого, что делает металл для человека менее опасным, нежели другие элементы группы металлов. Главный вред окружающей среде несет не железо в чистом виде, а отходы во время производства – газы и выделяющиеся шлаки. Детальнее о производстве, тепловых характеристиках и областях применения будет рассказано далее.
Технология плавки сплавов + какова температура кипения железа?
По оценкам специалистов, запасы железа по миру составляют почти 200 миллиардов тонн. Любая страна с более-менее развитой экономикой налаживает внутри промышленности собственную добычу железной руды с ее дальнейшей переработкой в ферум.
Но и здесь имеются лидеры ниши – Бразилия, США и Австралия, располагающими наиболее крупными запасами железа вблизи поверхности земли. К слову, ядро нашей планеты состоит на 86% из чистого железа, но проблема в том, что с текущим уровнем промышленных технологий, извлечь его оттуда нереально физически.
1) Какова температура плавления/кипения железа: точное значение для элемента и сплавов
В чистом виде железо используется редко, ибо металл не обладает высококачественными свойствами в отношении каких-либо физических характеристик. Больше 95% металла используется с целью получения сплавов.
Термодинамические характеристики чистого ферума:
- 1539 Цельсия или 1812 Кельвина – температура плавления;
- 2 861 Цельсия или 3 134 Кельвина – температура кипения;
- 14 килоджоулей/моль – удельная теплота плавления;
- 240 килоджоулей/моль – удельная теплота испарения;
- 25 Джоулей/(Кельвины*моль) – молярная теплоемкость.
В 2020 году насчитывается порядка 15 промышленно-значимых разновидностей сплавов на основе железа. Каждый из них располагает собственным набором характеристик в отношении физики и химии. Детальнее по наиболее популярным в таблице ниже.
| Сталь | 1 450-1 520 | В основе железо + углерод, при чем, долевое содержание второго не превышает 2.2% от общей массы. Маркировка сталей по ГОСТам многообразная, и на разбор ее типов уйдет не одна статья. Детальнее можете изучить вопрос в рамках нашего сайта в прочих разделах. |
| Чугун | 1 150 – 1 200 | Крайне популярный сплав, с долевым содержанием углерода в 3.5% от общей массы. В дополнение к железу, идет марганец, сера и фосфор. |
| Перлит | 1 100- 1 200 | Долевое вхождение углерода менее 0.8%. Сам по себе сплав относится к природным – это горная порода вулканического происхождения. |
| Феррит | 1 100 | Ферромагнетические соединения оксида железа с основными оксидами прочих металлов. Углеродная примесь занимает всего 0.04% от общей массы вещества. |
| Цементит | 1250 | Соединение углерода и железа химическим путем. Сплав имеет твердость в 800 НВ и обладает крайне низкой пластичностью. |
| Аустенит | 730-1 550 | Долевое содержание углерода составляет 2.14%. Особенность материала – возможность существования только при высоких температурах. |
Все оговоренные сплавы относятся к металлам черной металлургии. Наибольшее применение у чугуна и стали, далее идет перлит и феррит. По объемам добычи/производства выделяются те же страны, что занимаются разработкой месторождений железа.
Описание процесса добычи и плавки железа с помощью графитового тигля:
2) Промышленные технологии плавки железа + применение металла
Месторождения железа разрабатывают 2 способами – шахтным и открытым. Хотя железо и содержится в абсолютно всех горных породах, финансово целесообразно разрабатывать только те месторождения, где концентрация данного химического элемента повышена.
К богатым на железо рудам относят железняк (до 75% Fe), марказит (до 40% Fe) и вариант победнее – сидерит (более 25% ферума). При обработке железняка, тот сразу отправляют на заводы, а руды со средним и низким содержанием железа искусственно обогащаются. Большинство ферума уходит на производство 2 сплавов – чугуна стали. Следовательно, необходимо рассмотреть методы производства именно данных двух лидеров промышленности.
| Прямой | Для производства используется печь шахтного типа, где окатыши руды железа поддаются продувке посредством комбинации угарного газа с аммиаком и кислородом. Рабочий температурный режим – 1000 градусов Цельсия. | ★★★★ |
| Мартеновский | Базовым оборудование выступает мартеновская печь, где белый чугун со скрапом выплавляют при температуре в 2000 Цельсия, дабы избавиться от лишнего углерода. Итог – сталь высокого качества. | ★★★★★ |
| Электроплавильный | Базовое оборудование – печь электрического типа. Рабочая температура составляет от 2 150 до 2 250 градусов по Цельсию. Чугун с примесями при такой температуре становится высококачественной легированной сталью. | ★★★★ |
| Кислородно-конвертерный | Вариант производства, отличающийся повышенной производительностью. В специализированных печах происходит продувка сырья при давлении в 25 килограмм на квадратный сантиметр. Для повышения результата стали может применяться чистый кислород. | ★★★★ |
Из-за особенностей черной металлургии как направления, рынок видит 2 типа товара – или руду или уже готовую продукцию. Заготовки из стали редко, когда можно приобрести, потому, занимаясь бизнесом в данной сфере, придется налаживать производство от «А» до «Я».
Где применяется железо:
- ключевой компонент для производства всех типов стали и других сплавов, используемых в конструкционных целях;
- магнетит используется в компьютерной технике, а именно – устройствах памяти;
- добавка в порошковые принтеры;
- электротехника. Железо – как магнитопровод для трансформаторов и электрических двигателей;
- травление печатных плат;
- как средство борьбы с грибком при строительстве и садоводстве;
- анод в аккумуляторах;
- коагулянты при чистке сточных вод.
Железо важно для человека и в биологическом плане – катализатор процесса обмена кислорода. Организм человека всегда содержит в себе от 2 до 4 граммов железа, из которых 95% расположено в плазме крови. Недостаток ферума в организме приводит к анемии, а избыток к гемохроматозу.
На этом все. Сегодня мы не только узнали какова температура кипения железа, но и дали краткую характеристику самому металлу. Надеемся предоставленная исчерпывающая информация вам пригодится. Удачи!
