4. Застосування заліза, його сплавів і сполук

Чавун і сталь є сплавами заліза з вуглецем. Чавун містить більше 2,14% вуглецю, а сталь зазвичай містить кілька десятих відсотків вуглецю. Чавун також містить невелику кількість кремнію, фосфору і сірки.

Розрізняють сірий чавун (містить 2-3,5% C, а також, Si і Mn) - він не дуже твердий, добре відливається у форми, крихкий і при ударі легко розколюється. Сірий чавун йде на виливок машинних станин, махових коліс, каналізаційних труб, плит і т.п.

Чавун, в якому майже весь вуглець міститься у вигляді цементиту (Fe 3 C), твердіше і Белі сірого чавуну, він називається білий чавун (містить 2-3,5% C, Si> 1%, Mn-1-1, 5% ). Білий чавун безпосереднього вживання не має і йде в межа на сталь.

Сталь, на відміну від чавуну, легко піддається куванню та прокатки. При швидкому охолодженні вона виходить дуже твердої, при повільному охолодженні м'якою. М'яку сталь легко обробляють. З неї роблять цвяхи, болти, дріт, покрівельне залізо, деталі машин. З твердої сталі виготовляють інструменти. Велике значення мають в сучасній техніці леговані сталі. Вони містять так звані легуючі елементи, до яких відносяться хром, нікель, молібден, ванадій, вольфрам, марганець, мідь, кремній і ін Легуючі елементи додаються для додання стали певних властивостей.

На виробництві використовують сталі з наступними легуючими елементами:

1. Сталі, що містять Cr, - тверді, стійкі до корозії. Використовуються для виготовлення інструментів.

2. Сталі, що містять Ni, - в'язкі, механічно міцні, стійкі до корозії. Застосовуються для виготовлення турбін, вимірювальних приладів, деталей, що використовуються при високих температурах.

3. Сталі, що містять Mn, - мають твердість, механічною міцністю, стійкістю до ударениям, тертя. Використовуються в деталях дробильних установок, для виготовлення залізничних рейок.

4. Сталі, що містять Ti, - жаростійкі, мають міцність до високих температур, стійкі до корозії. Використовується в літаках, ракето-та суднобудуванні.

5. Сталі, що містять вольфрам W, - тверді, жароміцні й зносостійкі. Використовують для виготовлення пив, фрез, штампів, ниток електричних ламп.

6. Сталі, що містять молібден Mo, - еластичні, жаростійкі, стійкі до корозії. Використовуються для виготовлення лопатей турбін, броньових плит.

7. Сталі, що містять кремній Si, - володіють стійкістю до кислот. Використовуються для виготовлення кислототривких автодеталей. Процес насичення кремнієм називається цементацією.

8. Сталі, що містять ванадій V, - володіють високою міцністю, пружністю, стійкістю до ударів. Використовується для виготовлення деталей машин.

9. Азотований сталь - володіє більшою твердістю, ніж цементовий. Витримує нагрівання до 500 градусів, не втрачаючи своєї твердості. Використовується для виготовлення деталей машин.

Чисте залізо має досить обмежене застосування. Його використовують при виготовленні сердечників електромагнітів, як каталізатор хімічних процесів, для деяких інших цілей. Але сплави заліза - чавун і сталь - становлять основу сучасної техніки. Знаходять широке застосування і багато сполук заліза. Так, сульфат заліза (III) використовують при водопідготовці, оксиди та ціанід заліза служать пігментами при виготовленні барвників і так далі.

5. Залізо в організмі

Залізо присутнє в організмах всіх рослин і тварин як мікроелемент, тобто в дуже малих кількостях (у середньому близько 0,02%). Однак залізобактерій, що використовують енергію окислення заліза (II) в залізо (III) для хемосинтезу, можуть накопичувати в своїх клітинах до 17-20% заліза. Основна біологічна функція заліза - участь у транспорті кисню і окислювальних процесах. Цю функцію виконує заліза у складі складних білків - гемопротеідов, простатичної групою яких є железопорфіріновий комплекс - гем. Серед найважливіших гемопротеідов дихальні пігменти гемоглобін і міоглобін, універсальні переносники електронів в реакціях клітинного дихання, окислення і фотосінеза цитохроми, ферменти каталаза та пероксиду, та інших. У деяких безхребетних залізовмісні дихальні пігменти гелоерітрін і хлорокруорін мають відмінне від гемоглобінів будову. При біосинтезі гемопротеідов залізо переходить до них від білка феритину, що здійснює запасання і транспорт заліза. Цей білок, одна молекула якого включає близько 4 500 атомів заліза, концентрується в печінці, селезінці, кістковому мозку і слизової оболонки кишечнику ссавців і людини. Добова потреба людини в залізі (6-20 мг) з надлишком покривається їжею (залізом багаті м'ясо, печінка, яйця, хліб, шпинат, буряк та інші). В організмі середньої людини (маса тіла 70 кг) міститься 4,2 г заліза, в 1 л крові - близько 450 мг. При нестачі заліза в організмі розвивається залозиста анемія, яку лікують за допомогою препаратів, що містять залізо. Препарати заліза застосовуються і як загальнозміцнюючі засоби. Надмірна доза заліза (200 мг і вище) може надавати токсичну дію. Залізо також необхідно для нормального розвитку рослин, тому існують мікродобрива на основі препаратів заліза.