geležis

eležis yra ketvirtasis pagal paplitimą Žemės plutos elementas – Žemės

plutoje jos yra 4,7% masės. Gryna geležis sutinkama labai retai. Kai kurie

meteoritai sudaryti iš geležies. Grynos geležies aptikta Mėnulio grunte.

Manoma, kad daugiausiai geležies (kartu su nikeliu) yra Žemės branduolyje.

Svarbiausios geležies rūdos – magnetitas Fe3O4, hematitas – Fe2O3,

sideritas – FeCO3, limonitas – HFeO2 · nH2O, getitas – FeOOH. Rūda, turinti

daugiau kaip 50% geležies, vadinama sodria, 50-25% – vidutine, mažiau kaip

25% – skurdžia rūda. Vidutinė ir skurdi rūda sodrinama prieš dedant ją į

aukštakrosnę ketui gauti. Didžiausi geležies rūdų telkiniai yra

Australijoje, Brazilijoje, JAV, Indijoje, Kanadoje, Rusijoje.

Lietuvoje rasta magnetito intarpų netoli Marcinkonių. Pelkėse ir

upių, tekančių pelkėtomis vietomis, šlaituose rasta limonito. Nedideliais

kiekiais randama ir kitų geležies rūdų.

GELEŽIES GAVIMAS

Pirmiausia žmogus savo reikmėms panaudojo meteoritinę geležį. Tik II

tūkstantmetyje pr.Kr. jis išmoko geležį gauti iš rūdų. Senovėje geležis

buvo lydoma iš limonito. Geležis ir jos dirbiniai įvairiose pasaulio šalyse

pradėti naudoti ir gaminti įvairiu laiku: Mažojoje Azijoje, Egipte,

Mesopotamijoje, Užkaukazėje, Indijoje – XII – IX a.pr.Kr., Viduržemio jūros

pakrantėse –– XII – X a.pr.Kr., Europoje – VIII – II a.pr.Kr.

Lietuvoje geležies amžiaus pradžia laikomas V a.pr.Kr. Vietinė

geležis pradėta gaminti maždaug I a., o iki to laiko geležinių dirbinių

turėta nedaug. Kaip ir anksčiau, įrankiai buvo daromi iš akmens, žalvario,

medžio, kkaulo, rago. Tuo laikotarpiu jau atsirado piliakalnių. Juose rasta

židinių, krosnelių metalams lydyti, gynybinių įrengimų.

Iki XIV a. geležis iš rūdos buvo redukuojama medžio anglimi žaizdre,

į kurį buvo pučiamas oras dumplėmis, kai kur naudojo medinius stūmoklinius

siurblius. Vėliau atsirado šachtinės krosnys, o nuo XVI a. – aukštakrosnės.

Lietuvoje geležis buvo lydoma iki XIX a. Liejyklos XV a. veikė

Rūdininkų girioje, vėliau – Kražiuose, Linkmenų, Raseinių, Ukmergės

apylinkėse. Ilgainiui darbo įrankių reikėjo vis daugiau, todėl teko

tobulinti ir plėsti geležies gamybą.

Iš geležies rūdų pirmiausia gaminamas ketus, o iš jo lydomas

plienas.Ketus gaunamas aukštakrosnėse. Jos būna įvairių dydžių.

Aukštakrosnėse iš vidaus išklota kaitrai atspari medžiaga, iš viršaus

apdengta plieniniais lakštais. Be pertraukos veikia apie 5-10 metų. Ji

veikia priešpriešinės srovės principu. Kietos medžiagos – įkrova juda iš

viršaus žemyn, o dujų –– iš apačios į viršų. Degimui reikalingas pakaitintas

iki 800-1200 oC oras teikiamas pūstuvais. Pastaruoju metu vartojamas

deguonimi įsodrintas oras arba deguonis. Degant koksui susidaro CO2, kuris

kildamas aukštyn reaguoja su įkaitinta anglimi:

CO2 + C ( 2CO

Karštas dujų mišinys teka pro įkrovą ir ją įkaitina. Iš įkrovos

išgaruoja drėgmė, redukuojama geležis ir kiti elementai, išsilydo metalas,

susidaro šlakas.

Geležis redukuojama anglimi, anglies(II) oksidu ir vandeniliu:

>570 oC

Fe2O3 ( Fe3O4 ( FeO ( Fe arba

<570 oC

Fe2O3 ( Fe3O4 ( Fe

Suminė lygtis:

Fe2O3 + 3CO ( 2Fe + 3CO

Redukcija vyksta viršutinėje aukštakrosnės dalyje. Redukuotoje

geležyje ištirpsta 3,5-4% anglies, šiek tiek Si, Mn, P. Toks lydinys yra

ketus. Jis nuteka į aukštakrosnės žaizdrą. Iš fliusų, susilydžiusių su kuro

pelenais. Neredukuota bergždžiąja uoliena ir oksidacijos produktais,

susidaro šlakas, kuris susirenka žaizdre ant metalo. Pro atskirus latakus

periodiškai išleidžiamas ketus ir šlakas.

Aukštakrosnėje gaunami tokie produktai: perdirbamasis, liejamasis

ketus, ferolydiniai, aukštakrosnės dujos ir šlakas. Tonai ketaus gauti

sunaudojama apie 2t rūdos, 0,65 t kokso, 3t oro. Be ketaus dar gaunama apie

0,5t šlako ir 3t aukštakrosnės dujų.

Europoje aukštakrosnės pradėtos statyti XIV a. viduryje.

Išlydytas ketus gryninamas Marteno, Besemerio aparatuose

konverteriniu būdu arba elektrinėse krosnyse. Didžioji priemaišų dalis

sudega – susidaro lakūs produktai, kurie patenka į atmosferą. Gautame

pliene anglies lieka apie 1%

Gryna geležis gaunama geležies oksidus redukuojant vandeniliu,

elektrolizuojant druskų tirpalus, termiškai skaidant kai kuriuos geležies

junginiu, pvz., geležies ….

Iš aukštakrosnėje ar konverteryje gauto šlako daroma skalda keliamas,

šlako vata, pemza, jo dedama į cementą, jis naudojamas kaip betonų

užpildas.

CHEMINĖS SAVYBĖS

Geležis yra vidutinio aktyvumo metalas. Junginiuose jai būdingi

oksidacijos laipsniai +2 ir +3.

Drėgname ore rūdija. Kaitinama reaguoja beveik su visais nemetalais:

3Fe + 2O2 ( Fe3O4 + Q

Fe + S ( FeS + Q

2Fe + 3Cl2 ( 2FeCl3 + Q

Reaguojant geležiai ssu nelabai aktyviais nemetalais – C, Si, N, P –

gali susidaryti junginiai, kietieji tirpalai arba sistemos, panašios į

metališkuosius junginius.

Geležis lengvai tirpsta stipriose praskiestose rūgštyse ir išstumia

vandenilį:

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

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

Koncentruotose azoto ir sieros rūgštyse ji netirpsta, nes

pasyvuojasi; reaguoja tik pakaitinus:

2Fe + 6H2SO4 ( Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

Fe + 6HNO3 ( Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

Reaguojant praskiestai azoto rūgščiai su geležimi susidaro įvairių

produktų.

Įkaitinta geležis reaguoja su vandens garais:

<570 oC

3Fe + 4H2O ( Fe3O4 + H2

>570 oC

Fe + H2O ( FeO + H2

Geležis išstumia iš druskų tirpalų, esančius metalų įtampų eilėje į

dešinę nuo jos:

Fe + CuSO4 ( Cu FeSO4

Fe + Cu2+ ( Cu + Fe2+

GELEŽIES OKSIDAI IR HIDROKSIDAI. JŲ SAVYBĖS

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

gaunami oksiduojant geležį arba skaidant karbonatus, hidroksidus, nitratus,

sulfatus:

400

3FeCO3 ( Fe3O4 + 2CO2 + CO

>480 oC

2FeSO4 ( Fe2O3 + SO2 + SO3

>500 oC

Fe2(SO4)3 ( Fe2O3 + 3SO3

>500 oC

2Fe(OH)3 ( Fe2O3 + 3H2O

FeO galima gauti redukuojant Fe2O3 arba Fe3O4 anglies(II) oksidu ar

vandeniliu:

>500 ooC

Fe2O3 + CO ( 2FeO + CO2

Fe2O3 + H2 ( 2FeO + H2O

>500 oC

Fe3O4 + CO ( 3FeO + CO2

FeO yra bazinis oksidas, tirpstantis tik rūgštyse:

FeO + 2HCl ( FeCl2 + H2O

Juodi šviesiai

Milteliai

žalsvas

Vandeniniuose tirpaluose egzistuoja šviesiai žalsvas [Fe(H2O)6]2+

jonas, todėl FeO sąveikos su HCl lygtį teisingiau rašyti taip:

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

Fe2O3 – amfoterinių savybių turintis oksidas (vyrauja bazinės

savybės). Tai raudoni, vandenyje netirpstantys milteliai. Lydomas su

šarmais, šarminių metalų karbonatais ar baziniai oksidais sudaro feritus

arba dioksoferatus(III):

Fe2O3 + 2NaOH ( 2NaFeO2 + H2O

Fe2O3 + Na2CO3 ( 2NaFeO2 + CO2

Per šias reakcijas išryškėja rūgštinės Fe2O3 savybės.

Reaguodamas su HCL šis oksidas elgiasi kaip bazė:

Fe2O3 + 6HCl ( 2FeCl3 + 3H2O

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

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

Fe(OH)2 – balta, vandenyje netirpstanti, bazinių savybių turinti

medžiaga. Reaguoja su rūgštimis:

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

Ore greitai oksiduojasi:

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O ( 4Fe(OH)3

Fe(OH)3 – raudonai ruda, vandenyje netirpstanti kristalinė medžiaga.

Amfoterinis junginys, kuriame vyrauja bazinės savybės (rūgštinės savybės

labai silpnos):

Fe(OH)3 + 3HCl ( FeCl3 + 3H2O arba

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

šviesiai violetinis

Iš rūgščių tirpalų kristalizuojasi kristalhidratas FeCl3 · 6H2O.

Neutraliuose tirpaluose Fe(III) druskos smarkiai hidrolizuojasi ir

įgyja geltonai rudą atspalvį:

H+

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

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

[Fe(H2O)4(OH)2]+ + H2O ( [Fe(H2O)3(OH)3] + H3O+

Tirpalą pašildžius susidaro koloidinės dalelės, kurios sukimba į

stambesnius sambūrius ir iškrinta rudai raudonos spalvos drebučių pavidalo

nuosėdos CO3 · nH2O. Fe(OH)3 lydant su šarmais gaunami feritai:

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

Fe(OH)3 tirpsta koncentruotuose šarmų tirpaluose:

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

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

ISTORINĖ APŽVALGA

Labiausiai įtikima, kad pirmą kartą žmogus susipažino su meteoritų

geležimi. Senovės egiptiečiai geležį vadino tokiu vardu, kuris reiškė

„dangiškos prigimties”. Meteoritų geležį žinojo ir Mesopotamijos*

civilizacijos III tūkstantmetyje pr. Kr. ir vadino ją „ugnimi iš dangaus”.

Aiškią naktį „krintančios žvaigždės” palieka ryškų švytintį pėdsaką dangaus

skliaute, tačiau tai ne žvaigždės, o krintančių akmeninių ar geležinių

meteoritų gabalai. Geležiniai meteoritai sudaro apie 5,7% visų krintančių

meteoritų. Kadangi meteoritinės geležies buvo randama retai ir mažai, iš

jos buvo daromi papuošalai. Nedidelius jos gabalėlius įteikdavo karo, bei

sporto varžybų nugalėtojams. Homero „Odisėjoje” pasakojama, kad žaidynių

nugalėtojui buvo įteiktas gabalėlis aukso ir gabalėlis geležies. II

tūkstantmetyje pr. Kr. Babilonijoje geležis buvo 8 kartus brangesnė už

sidabrą. Geležis buvo naudojama kaip pinigai. Romos valstybės veikėjas,

karvedys ir rašytojas Julijus Cezaris (Caesar; 102 ar 100-44 m. pr. Kr.)

„Galų karo užrašuose” mini britų naudojamus pinigus – varines ir auksines

monetas bei tam tikro svorio geležines lazdeles. Tokie pinigai buvo paplitę

ir Spartoje.

Geležies amžius atėjo tuomet, kai žmogus išmoko išgauti geležį iš

„akmens”, kuriame ji „slepiasi”. Statydamas būstą žmogus pastebėjo, kad

veikiami karščio ir anglių akmenys kinta, iš jų gauta medžiaga tinka

peiliams, kirviams, ginklams gaminti.

Italų archeologai Kafue upės krantuose aptiko geležies lydymo

krosnies ir šlako liekanų bei meteoritinės prigimties kirvį. Radiniai gali

būti III tūkstantmečio pr. Kr. Pabaigos arba II tūkstantmečio pr. Kr.

Pradžios.

Alchemikai tvirtino, kad yra mistinis ryšys tarp geležies ir raudonos

judrios dangaus planetos Marso. Geležis – metalas, iš kurio daromi ginklai,

o Marsas – planeta, kuri senovės romėnams simbolizavo karo dievą Marsą.

Viduramžiais geležis ir Marsas buvo vaizduojami tuo pačiu ženklu ♂.

Lotyniškas geležies pavadinimas ferrum gali būti siejamas su graikų

ir lotynų kalbų žodžiu fars, kuris reiškia „būti kietam”. Jis panašus į

žodį ferrus – „nejautrus”, „tvirtas”, „nepalenkiamas”

Žmogus organizme apie 65% geležies įeina į hemoglobino sudėtį ir

dalyvauja deguonies apykaitoje, oksidacijos reakcijose; 20-25% geležies yra

susijungę su baltymais ir kaip geležies atsarga būna kepenyse. Geležis

geriau įsisavinama iš gyvulinių maisto produktų (iki 30%), blogiau (iki

10%) – iš augalinių. Įsisavinimą skatina vitaminas C, fosfatai, tanino

rūgštis ((taninų yra rabarbaro, sidabražolės šaknyse, akacijos, maumedžio

žievėje, arkliauogės, pūkenio lapuose). Paros norma vyrui apie 10mg,

moteriai – apie 15mg geležies.

* Mesopotamija, arba Tarpupis, – vienas seniausių civilizacijos centrų

Tigro ir Eufrato upių baseine.

———————–

Referatas

Vaidotas Gudauskas

2004 Ylakiai