Тази статия е за метала желязо. За инструмента, наречен ютия, вижте гладене.

Желязото е химичен елемент и метал. То е вторият най-разпространен метал на Земята и най-широко използваният метал. То съставлява голяма част от земното ядро и е четвъртият най-разпространен елемент в земната кора.

Металът се използва често, защото е здрав и евтин. Желязото е основната съставка, използвана за производството на стомана. Суровото желязо е магнитно (привлича се от магнити), а съединението му магнетит е постоянно магнитно.

В някои региони желязото е използвано около 1200 г. пр.н.е. Това събитие се счита за преход от бронзовата към желязната епоха.

Основни данни и свойства

Атомен номер: 26; Химичен символ: Fe; Атомна маса (средна): около 55.85 u. Желязото е преходен метал със значителна якост, пластичност и добра проводимост на топлина и електричество.

  • Плътност: приблизително 7.87 г/см³ при стайна температура.
  • Точки: топене ≈ 1538 °C, кипене ≈ 2862 °C.
  • Ферромагнитизъм: желязото е ферромагнитно при температури под точката на Кюри ≈ 770 °C; има няколко кристални форми (алфа-Fe — ферит, гама-Fe — аустенит и т.н.).
  • Оксидни състояния: най-чести са +2 и +3; характерни съединения — FeO, Fe2O3 (хематит), Fe3O4 (магнетит).

Изотопи

Природният желязо се състои главно от стабилните изотопи 54Fe, 56Fe, 57Fe, 58Fe, като най-изобилният е 56Fe. 57Fe се използва в Mössbauer спектроскопия и други научни изследвания.

Разпространение и добив

Желязото е обилно в земната кора и особено концентрирано в земното ядро. В земната кора се среща под формата на руди, най-важни от които са хематит (Fe2O3), магнетит (Fe3O4), сидерит (FeCO3) и лимонит. Миннодобивът и преработката на железни руди включват кариери, фракциониране, обогатяване и топене в домна пещ или електрически пещи.

История

Човечеството използва желязо от хилядолетия. Преди развиването на методите за добив от руди са се използвали сравнително редки метеоритни желяза. Около 1200 г. пр.н.е. в някои региони технологиите за преработка на железни руди довеждат до прехода от бронзовата към желязната епоха. През XIX век индустриалните методи за производство на стомана (напр. процесът на Бесемер) революционизират строителството, транспорта и машиностроенето. По-късно се развиват други процеси — основно-кислороден остой, електростопяване — и откриването на неръждаеми сплави (напр. съдържащи хром) увеличава корозионната устойчивост.

Производство и видове продукти

От рудно желязо чрез доменна пещ се получава сурово желязо (pig iron), което после може да се преработи в:

  • Чугун (високо съдържание на въглерод) — често за тежки отливки;
  • Ковано / ковано желязо — исторически важен материал с добра ковкост;
  • Стомана — сплав на желязото с въглерод и други елементи (хром, никел, молибден и др.), с огромно разнообразие от свойства и приложения;
  • Неръждаема стомана — съдържа хром (обикновено ≥10.5%), който образува защитен оксиден слой.

Приложения

Желязото и неговите сплави са основа на модерната цивилизация. Основни приложения:

  • Строителство — конструкции, мостове, арматура;
  • Транспорт — автомобилни шасита, кораби, релси, локомотиви;
  • Машиностроене — инструменти, двигатели, машини;
  • Опаковки и битови предмети — съдове, инструменти, битова техника;
  • Енергетика — турбини, тръбопроводи, оборудване за добив и преработка;
  • Електроника и магнитни приложения — трансформатори, магнитни спирачки, магнитни материали.

Биологична роля

Желязото е жизненоважно за почти всички живи организми. То участва в транспорта на кислорода (хемоглобин, миоглобин), в ензимни каталитични функции (детоксикация, метаболизъм) и в електронно-транспортните вериги (например цитохроми). Недостигът на желязо води до анемия и обща умора, докато излишъкът е токсичен. Хранителният прием и метаболизмът на желязото са строго регулирани от организма.

Корозия и защита

При излагане на влага и кислород желязото корозира, образувайки ръжда (хидратирани оксиди на желязото). За защита се използват:

  • Покрития — бои, лакове;
  • Галванизация — покриване със слой цинк;
  • Катодна защита — например чрез жертвени аноди;
  • Легиране — добавяне на хром и други елементи за образуване на пасивни оксидни слоеве (неръждаеми стомани).

Рециклиране и екологични аспекти

Желязото и стоманата са едни от най-рециклируемите материали — рециклираната стомана спестява енергия и намалява емисиите на CO2 в сравнение с производство от руди. В същото време добивът и топенето на желязо са енергийно интензивни и значителен източник на емисии и отпадъци, затова индустрията се стреми към по-чисти технологии и по-висока енергийна ефективност.

Безопасност

Металният прах и аерозолите от обработка на желязо и стомана могат да бъдат опасни при вдишване; при топене и заваряване се отделят вредни газове и фини частици. Сред мерките са вентилация, локална аспирация, лични предпазни средства и контрол на източниците на емисии.

Бележка: Текстът дава обзорни сведения за желязото. За по-детайлни технически или безопасни инструкции се консултирайте със специализирана литература и нормативни документи.