Dzelzs

Dzelzs
26	; ; ; 2; 14; 8; 2
	Fe; 55,845 g/mol
	[Ar]3d64s2
	; Elektrolītiski attīrītas dzelzs paraugi un 1 cm3 kubiņš; dzelzs pulveris magnētiskajā laukā
Oksidēšanas pakāpes	+6, +4, +3, +2, 0, −2
Elektronegativitāte	1,83
Blīvums	7874 kg/m3
Kušanas temperatūra	1811 K (1538 °C)
Viršanas temperatūra	3134 K (2861 °C)

Dzelzs ir ķīmiskais elements ar simbolu Fe un atomskaitli 26. Dzelzs ir 8. grupas 4. perioda metāls.

Tipisks dzelzs atoms sver 56 reizes vairāk nekā tipisks ūdeņraža atoms. Dzelzs ir ļoti izplatīts metāls, un to uzskata par desmito visizplatītāko elementu Visumā. Dzelzs ir svarīgākā Zemes sastāvdaļa (34,6% masas) un kopā ar niķeli atrodas galvenokārt tās kodolā. Zemes garozā dzelzs ir otrais izplatītākais metāls aiz alumīnija. Dzelzs ir feromagnētisks metāls un dabā ir sastopama galvenokārt savienojumu veidā, lai gan retumis atrodami dabiski tīrradņi, kā arī kosmiskas izcelsmes meteorītu dzelzs. Ir sastopamas oksīdu, sulfīdu un karbonātu dzelzsrūdas; lielāko daļu dzelzs parasti iegūst no oksīdu rūdām. Savienojumos dzelzs visbiežāk ir divvērtīga (reducētā forma) vai trīsvērtīga (oksidētā forma).

Atrašanās dabā

Dzelzs tīrradņi, kas izveidojušies, magmai atdziestot, sastopami reti (Grenlandē (Disko salā), Francijā, Vācijā). Taču dzelzs pēc elementu izplatības Zemes garozā ieņem 4. vietu (aiz skābekļa, silīcija un alumīnija), jo tā veido daudzus minerālus un iežus. Svarīgākie no tiem ir magnetīts (magnētiskā dzelzsrūda), hematīts (sarkanā dzelzsrūda), limonīts (brūnā dzelzsrūda), siderīts (dzelzs špats), pirīts (dzelzs kolčedāns), arsenopirīts (arsēna kolčedāns). Dzelzi satur arī parastais māls.

Bagātākās dzelzsrūdu atradnes ir Urālos (Magņitogorska), Ukrainā Krivijrihas baseinā, Kerčas pussalā, Kurskas rajonā (Kurskas magnētiskā anomālija), Zviedrijā, Norvēģijā, Francijā, Polijā, Austrijā, kā arī Ziemeļāfrikā (Atlasa kalnos), ASV (Augšezera rajonā).

Uzskata, ka Zemes kodolā dzelzs masas daļa ir 90% (10% sastāda niķelis un kobalts).

Dzelzij ir liela nozīme dzīvajā dabā. Pieauguša cilvēka organisms satur 4—5 g Fe, ap 70% no tās ietilpst hemoglobīnā, kas pārnes skābekli no elpošanas orgāniem uz audiem. Dzelzs trūkums organismā izraisa anēmiju jeb mazasinību. No uztura vislabāk uzsūcas tā dzelzs, kas ir hēma sastāvā (hēms ir hemoglobīna molekulas neolbaltumvielu daļa), tādēļ gaļa ir labākais dzelzs avots. Divvērtīgā dzelzs uzsūcas labāk par trīsvērtīgo. Veselam vīrietim nepieciešams ap 10 mg dzelzs dienā, sievietei — ap 15 mg.^[1]

Iegūšana

Ķīmiski tīru dzelzi iegūst vai nu dzelzs sāļu ūdens šķīdumu elektrolīzē, vai termiski sadalot dzelzs pentakarbonilu.

Rūpniecībā dzelzi iegūst galvenokārt dažādu dzelzs un oglekļa sakausējumu — čuguna un tērauda veidā, reducējot bagātināto dzelzsrūdu dzelzs oksīdus ar koksa oglekli, proti, oglekļa oksīdu vai metānu:

Fe₂O₃ + 3 CO → 2 Fe + 3 CO₂

Īpašības

Dzelzs ir sudrabbalts, plastisks, viegli kaļams un velmējams metāls. Tīra dzelzs ir mīkstāka par zeltu un sudrabu, bet cietāka par alumīniju. Dzelzs fizikālās un mehāniskās īpašības būtiski ietekmē dažādi piemaisījumi. Tā, piemēram, čuguns, kurā oglekļa un dažādu citu piemaisījumu masas daļa ir 1,7—6,67%, parastajos apstākļos nav kaļams.

Dzelzij piemīt magnētiskas īpašības.

Dzelzs ir vidēji aktīvs metāls, taču ķīmiski tīra, kompakta dzelzs parastajos apstākļos ir izturīga pret sausa gaisa un tīra ūdens iedarbību. Dzelzs, kas satur nedaudz piemaisījumu, reaģē ar gaisā esošo skābekli un ūdens tvaikiem. Irdenā rūsas kārtiņa dzelzi neaizsargā no tālākās gaisa iedarbības. Sausā gaisā un jo sevišķi paaugstinātā temperatūrā (apmēram 500 grādi) uz dzelzs virsmas veidojas dzelzs oksīda aizsargslānis, kas metālu tomēr nedaudz pasargā no apkārtējās vides iedarbības.

Svaigs dzelzs pulveris ir pirofors. Laboratorijā piroforo dzelzi ērti iegūt, karsējot dzelzs oksalāta kristālhidrātu termoizturīgā mēģenē. Ja piroforās dzelzs pulveri izkaisa gaisā, tas reaģē ar skābekli, veidojot kvēlojošu dzirksteļu spietu.^[2]

Sakarsēta kompakta dzelzs gaisā oksidējas pakāpeniski, veidojot melnas dzelzs oksīda plāksnītes. Tīrā skābeklī dzelzs stieple dzirksteļojot sadeg. Paaugstinātā temperatūrā dzelzs reaģē ar gandrīz visiem nemetāliem, veidojot dažāda sastāva bināros savienojumus. Dzelzs savienojumi ar sēru un fosforu negatīvi ietekmē tērauda un citu sakausējumu īpašības.

Parastos apstākļos dzelzs reaģē ar atšķaidītām skābēm, veidojot dzelzs sāļus. Saskaņā ar metālu elektroķīmisko spriegumu rindu dzelzs aizvieto mazāk aktīvus metālus to sāļu šķīdumos. Sakarsēta līdz sarkankvēlei, dzelzs reaģē ar ūdens tvaiku. Ar sārmiem dzelzs nereaģē.

Izmantošana

Dzelzs mūsdienās ir svarīgākais metāls, jo dzelzs un tās sakausējumi (melnie metāli) veido aptuveni 95% no metalurģijas produkcijas. Melnās metalurģijas pamatā ir čuguna (ķeta) un oglekļa tērauda ražošana. No oglekļa tērauda iegūst leģētos tēraudus, kurus iedala mazleģētos (piedevas līdz 2,5%), vidēji leģētos (piedevas 2,5—15%) un augstleģētos (piedevas > 15%) tēraudos. Leģētos tēraudus savukārt iedala speciālajos tēraudos:

cietajos tēraudos (12% Mn, 15 — 18% Cr);
instrumentu tēraudos (15 — 18% W, Cr, V, Mo);
nerūsošajos un termiski izturīgajos tēraudos (aptuveni 12% Cr, Ni, Si, Al); uz to izstrādājumu virsmas veidojas blīva oksīda aizsargkārtiņa.

Tīru vai oglekļa tēraudu ar mazu C saturu (0,04% C) izmanto laboratoriju praksē, kā arī par katalizatoru neorganisko un organisko vielu sintēzēs.

Skatīt arī

Literatūra

N. Ahmetovs. Neorganiskā ķīmija, Rīga, "Zvaigzne", 1978, 584. — 596. lpp.

Atsauces

Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Dzelzs

↑ Zigurds Zariņš, Lolita Neimane, Edgars Bodnieks. Uztura mācība. Rīga : LU Akadēmiskais apgāds, 2015, 160. lpp. ISBN 978-9984-45-932-5
↑ Valdis Drinks. 456 eksperimenti ķīmijā. Rīga : Zvaigzne ABC, 1995, 262. lpp. ISBN 978-9984-560-83-0