34. Опишите свойства чистого железа. Полиморфные превращения железа.

Чистое железо (Fe): серебристый металл белого цвета, проявляющий амфотерные свойства (то есть может вступать в реакцию с кислотами и щелочами). Чистое железо - металл с содержанием чистого железа по массе около 99,995%, - практически не применяется. Чистое железо - химически активный элемент. Железо и соляная кислота легко реагирует друг с другом, образуя хлорид железа FeCl2. Чистое железо легко окисляется даже во влажном воздухе, образуя триокись железа Fe2 O3*nH2O, по-другому называемая ржавчиной. Железо и серная кислота реагирует с образованием сульфата железа Fe(SO4)2, - прозрачного зеленоватого раствора. Концентрированная азотная и серная кислоты на чистое железо не действуют (при комнатной температуре), благодаря наличию образующейся оксидной плёнки. Чистое железо придаёт окрас некоторым минералам: гематит (от серого до тёмного тона окраски), топаз (бесцветный, синий голубой, жёлтый, оранжевый). Процесс перехода из одного кристаллического строения в другое называется полиморфным (аллотропическим) превращением. Полиморфное превращение протекает в том случае, если при данной температуре может существовать металл с иной кристаллической решеткой и меньшим запасом свободной энергии.  Переход чистого металла из одной полиморфной модификации в другую в условиях равновесия протекает при постоянной температуре (критическая точка) и сопровождается выделением теплоты, если превращение идет при охлаждении, или поглощением теплоты - в случае нагрева.

Рис. 1 Схема зависимости величины свободной энергии от температуры для Fe и Fe. Полиморфизм для железа. Из рисунка видно, что в интервале температур 910 – 1392 °С устойчивым является  - железо с кристаллической решеткой, имеющей меньшую свободную энергию, чем  -железо, а при температурах ниже 910°С и выше 1392 °С устойчиво  -железо, так как его свободная энергия меньше, чем -железа. 

35. Опишите состав и свойства технического железа.

 Железо в чистом виде почти не встречается. Оно соединяется с кислородом воздуха и превращается в оксид — железную руду. Чистое железо — светлый, мягкий металл. Но железо используется не в чистом виде, а только в виде сплавов, т. е. в соединении с другими химическими элементами. Одни элементы присутствуют в железной руде и прямо при выплавке железа переходят в него. Другие элементы вводят в железо специально, чтобы придать ему те или иные свойства (н-р легирование). Даже небольшие примеси некоторых химических элементов меняют свойства железа—делают его прочным, твердым, помогают успешно противостоять высоким температурам и воздействию кислот. Для получения железа используют железные руды с содержанием железа 30-70% и более. Основными железными рудами являются: магнетит – Fe3O4; гематит – Fe2O3,лимонит – Fe2O3*nH2O, пирит – FeS2.Непременный компонент железных сплавов — углерод. Если углерода мало, не более 0,04%, то сплав сохраняет природные физические свойства железа — он мягкий, пластичный, легко изменяет форму под давлением. Он так и называется — железо или техническое железо. Чем больше углерода, тем металл делается более твердым и менее пластичным. Однако пока количество углерода не превышает 2%, сплав можно ковать, штамповать. Это сталь. А если углерода больше 2%, сплав называют чугуном. Он твердый и хрупкий. Его нельзя ковать: он ломается под ударами, а можно только отливать в форму. Обладает высокой, по сравнению с другими видами чугуна, пластичностью. Отливки из ковкого чугуна широко применяются в различных отраслях промышленности. Примеси, попадающие в железо из руды, по разному изменяют его свойства. Одни из них — кремний, марганец — полезны, поскольку увеличивают прочность и пластичность сплава. Другие — сера, фосфор, мышьяк — вредны, так как делают сплав ломким.