Rauta

Iso	VUOSI	Aika	MD	Toim	PD
Iso	VUOSI	Aika	MD	MeV	PD
54 Fe	5,845 %	vakaa 28 neutronilla
55 Fe	{syn.}	2,73 a	e	0,231	55 Mn
56 Fe	91,72 %	vakaa 30 neutronin kanssa
57 Fe	2,2 %	vakaa 31 neutronilla
58 Fe	0,28 %	vakaa 32 neutronin kanssa
59 Fe	{syn.}	44,503 d	β -	0,231	59 Co
60 Fe	{syn.}	1,5 × 10 6 a	β -	3.978	60 Co

Yksinkertaiset kehon fyysiset ominaisuudet

Tavallinen tila

Kiinteä ferromagneettinen

Allotropic on vakio tilassa

Rauta α ( keskitetty kuutio )

Muut allotropit

Rauta γ ( kasvot keskitetty kuutio ) δ rauta ( kehon keskitetty kuutio )

Tilavuusmassa

7,874 g · cm -3 - ( 20 ° C )

Kristallijärjestelmä

Kuutiokeskus keskitetty

Kovuus

Väri

Hopeanhohtoinen valkoinen; harmaat heijastukset

1538 ° C

2861 ° C

13,8 kJ · mol -1

349,6 kJ · mol -1

7,09 × 10-6 m 3 · mol -1

Höyrynpaine

7.05 Pa

Äänen nopeus

4910 m · s -1 - 20 ° C

440 J · kg -1 · K -1

9,93 x 10 6 S · m -1

80,2 W · m -1 · K -1

maahan. in laimennettu H 2 SO 4 , HCl:

Eri

7439-89-6

231-096-4

Varotoimenpiteet

SGH

Jauhemainen tila :

Vaara H228, P210, H228 : Syttyvä kiinteä aine
P210 : Suojaa lämmöltä / kipinöiltä / avotulelta / kuumilta pinnoilta. - Tupakointi kielletty.

WHMIS

Hallitsematon tuoteTätä tuotetta ei valvota WHMIS-luokituskriteerien mukaan.

Kuljetus

3178

YK-numero :
3178 : Syttyvä kiinteä aine, epäorgaaninen, NOS-
luokka:
4.1
Merkintä: 4.1 : Syttyvät kiinteät aineet, itsereaktiiviset aineet ja herkistymättömät räjähtävät kiinteät aineet

SI- ja STP- yksiköt, ellei toisin mainita.

Rauta on alkuaine on järjestysluku 26, ja symboli Fe.

Yksittäinen runko on yleisin metalli- ja ferromagneettinen materiaali jokapäiväisessä elämässä, useimmiten erilaisten seosten muodossa . Puhdas rauta on sitkeää siirtymämetallia , mutta hyvin pienten lisämäärien lisääminen muuttaa huomattavasti sen mekaanisia ominaisuuksia. Yhdistettynä hiileen ja muihin lisäelementteihin se muodostaa teräksiä , joiden herkkyys termomekaanisille käsittelyille mahdollistaa materiaalin ominaisuuksien monipuolistamisen entisestään.

Kenraali

Rauta on siirtymämetallien alkuperän alkuaineiden ryhmän jäsen , sillä on tyypillisiä analogioita ruteniumin , osmiumin , koboltin ja nikkelin kanssa .

Rauta 56 on vakaa nuklidin raskain johtuvat sulaminen piin mukaan reaktiot a kun nukleosynteesi , mikä itse asiassa nikkeli-56 , joka on epävakaa ja antaa 56 Fe kaksi hajoamista β + leikkaus; korkeamman atomimäärän alkuaineet syntetisoidaan energisemmillä reaktioilla, jotka tapahtuvat pikemminkin supernoovien räjähdyksen aikana .

Ydinominaisuudet

Rautasydämellä 56 on pienin massa nukleonia kohden kaikista nukleideista, mutta ei suurin sitoutumisenergia, johtuen hieman suuremmasta protonien osuudesta kuin nikkeli 62, jolla on korkein sitoutumisenergia .

Rauta 56 tulokset luonnollinen häviäminen nikkeliä 56 , epävakaa isotooppi valmistettu ydin massiivisten tähtien fuusioimalla piin 28 aikana alfa kaskadin reaktioita, jotka stop-nikkeli juuri koska jälkimmäinen on sidosenergia. Ydinvoiman per nukleoni: jatkaa fuusio esimerkiksi sinkin 60 tuottamiseksi kuluttaa energiaa sen sijaan, että vapauttaa sen.

Rautalla on 28 tunnettua isotooppia, joiden massanumerot vaihtelevat välillä 45-72, sekä kuusi ydin-isomeeriä . Näiden isotooppien joukossa neljä on stabiileja, 54 Fe, 56 Fe, 57 Fe ja 58 Fe, 56 Fe on eniten (91,754%), jota seuraa 54 Fe (5,845% mahdollisesti hieman radioaktiivinen ja puoliintumisaika on yli 3, 1 × 10 22 vuotta), 57 Fe (2,119%) ja 58 Fe (0,282%). Raudan standardi atomimassa on 55,845 (2) u .

Vakain raudan radioisotooppi on 60 Fe, jonka puoliintumisaika on 1,5 miljoonaa vuotta, jota seuraa 55 Fe (2,7 vuotta), 59 Fe (vajaat 44,5 päivää) ja 52 Fe (8,5 tuntia).

Esiintyminen ja luonnollinen runsaus

Rauta on yleisin metalli meteoriitit yhtä hyvin kuin ytimien planeettoja , kuten että maapallon .

Mineraali rauta on läsnä luonnossa puhtaassa muodossa tai, harvemmin kuin metalliseos nikkelin (5-18%), alkuperäinen meteoriitti mutta myös maanpäällisten rauta nimeltään "maa". Liian harvinainen ja ennen kaikkea levitettynä sepän ja teräksen työntekijä on valmistanut sitä keinotekoisesti ja massiivisesti tietyissä valkoihoisissa sivilisaatioissa yli kolmen vuosituhannen ajan sen tärkeimmistä mineraaleista. Kemialliset ja mineraaliset yhdistelmät, joissa on rautaa, ovat runsaita, mutta todellisia suhteellisen puhtaita malmeja, joilla on korkea rautapitoisuus, on paljon harvinaisempia ja usein hyvin paikallisia enimmäkseen tunnetuissa rautakaivoksissa varhaisesta antiikin ajoista lähtien.

Rauta on 6 : nnen eniten alkuaine Universe , se on muodostettu "lopullinen osa" ydinfuusion , että fuusio piin massiivisissa tähteä. Samalla kun se muodostaa noin 5% (massa) on maankuoren , maapallon ydin uskotaan olevan suurelta osin rauta-nikkeliseosta, jotka muodostavat 35% massasta maapallon kokonaisuudessaan. Rauta on ehkä itse asiassa yleisin alkuaine maan päällä tai ainakin verrattavissa (vain 2 th kanta) massa happea , mutta vain 4 : nnen yleisin alkuaine kuori.

Maapallon ytimen (ulkosydämen) ulkokerroksen, pääasiassa rauta- nikkeli- nestemäisen seoksen , konvektiovirtausten uskotaan olevan maapallon magneettikentän lähde .

Toiminnot biosfäärissä

Raudalla on tärkeä rooli hivenaineena tai hivenaineena monille lajeille ja elementtinä, joka säätelee valtameren ensisijaisen tuottavuuden amplitudia ja dynamiikkaa , mikä tekee siitä oleellisen osan meren biogeokemiallisia syklejä ja hiilinieluja .

Viimeaikaiset tiedot osoittavat, että valtameren rauta-kierto, jonka oletetaan ensin liittyvän runsaasti rautaa sisältävän pölyn sisääntuloon, on itse asiassa paljon monimutkaisempi ja läheisesti biogeokemiallisesti yhdistettynä tärkeimpiin ravinteisiin (hiilipitoinen, typpipitoinen). Vuonna 2017 osoitettiin, että raudan köyhillä alueilla Etelämantereella jäätiköiden kivien höyläämisen aiheuttama hiukkasmainen rauta on vaihtoehtoinen raudan lähde, jota kasviplankton osaa hyödyntää. Tutkimukset ovat osoittaneet, että jotkut kasviplanktonit näyttävät hyötyvän korkeasta CO 2 -tasosta., mutta tämän CO 2: n omaksumiseksihe tarvitsevat myös rautaa; se on spekuloitu, koska lopussa XX : nnen vuosisadan että kylvöön meressä raudan voisi auttaa rajoittamaan ilmastonmuutosta. Nyt huomataan, että useimmissa kasviplanktonlajeissa tämä rauta voidaan omaksua vain karbonaattien läsnä ollessa. Ongelma: nämä tuhoutuvat happamoituminen indusoitiin liukoiseksi CO 2 vedessä.

Yksinkertainen runko

Rauta paljastaa metallisen polymorfismin. Allotropia kuitenkin tekee perusmuutoksen fysikaalisten ominaisuuksien prosessoinnissa (laajeneminen, resistiivisyys, kiteiskemialliseen rakenteeseen liittyvä ominaislämpö jne. ).

Fyysiset ominaisuudet

Se on metalli, jolla on lämpötilasta riippuen ilmeinen metallinen polymorfismi. Allotropia erotetaan:

on normaaleissa lämpötilassa ja paineessa , toisin sanoen alhaisissa lämpötiloissa tai "alhainen lämpötila" tarkoitetaan kiinteää kiteinen rakenne runko-kuutiollinen (α rauta, jota kutsutaan ferriittiä teräksen). Α rauta on voimakkaasti ferromagneettista : atomien magneettimomentit kohdistuvat ulkoisen magneettikentän vaikutuksesta ja säilyttävät uuden suuntautumisensa tämän kentän katoamisen jälkeen. Sen Curie lämpötila on 770 ° C . Sen lämpökapasiteetti on 0,5 kJ kg −1 ° C −1 . Huoneen lämpötilassa sen kovuus on 4–5 Mohsin asteikolla . Sen tiheys on noin 7,86 g cm -3 kohteeseen 20 ° C: seen . Alfa-rautalle on tunnusomaista atomisublimointilämpö, joka vastaa 99,6 kcal / gramma atomia huoneenlämmössä ( 298 K );
beta-rauta-β on pintakeskinen kuutio rakenne Edellä saatu Curie-pistettä, noin 770 ° C: ssa tai 1042 K . Α-raudan ferromagneettisuus häviää ilman atomien uudelleenjärjestelyä;
korkeista lämpötiloista ympäristön paineessa, välillä 912 ° C: ssa , α rauta tulee pintakeskinen kuutio rauta (γ rauta, jota kutsutaan rakenne tai austeniittia terästä), muutos liittyy vaihtelu energian noin 0,22 kcal / gramma-atomia ja 1184 K . Γ rauta on paramagneettinen ;
yli 1394 ° C: n tai 1665 K : n lämpötilasta , siitä tulee jälleen keskitetty kuutiomainen ristikkomineraali (5-rauta); tämä muutos merkitsee sisäisen energian vaihtelua noin 0,27 kcal / atomigrammissa ;
muutos ε-raudaksi ( kompakti kuusikulmainen rakenne ) tapahtuu huoneenlämpötilassa 130 kilobaarissa .

Puhdas aine sulaa 1538 ° C : ssa piilevän fuusiolämmön kanssa, joka on luokkaa 3,7 kcal / gramma atomia . Kiehuvaan rautaa, tunnettu siitä, että latenttia lämpöä kiehuvaan suuruusluokkaa 84,18 kcal / atomi gramman tulee noin 2860 ° C , käytännössä enemmän tai vähemmän epäpuhtaan yksinkertainen elin välillä 2750 ° C ja 3000 ° C: ssa .

Kemialliset ominaisuudet

Rauta on liukenematon veteen ja emäksiin. Hapot hyökkäävät siihen.

Rautakemia

Raudalla on olennaisesti kolme hapettumisastetta :

0 yksinkertaisessa rungossa ja sen seoksissa ;
+ II rautayhdisteissä (rauta-ioni Fe 2+ ionisissa yhdisteissä);
+ III rautayhdisteissä (rauta-ioni Fe 3+ ioniyhdisteissä).

Metallien hapettuminen

Rauta yhdessä hapen kanssa hapetetaan olosuhteista riippuen kolmeksi rautaoksidiksi :

rauta (II) oksidi FeO ( " rautaoksidi ");
rauta (III) oksidi Fe 2 O 3(" Rautaoksidi ");
rautaoksidi (II, III), Fe 3 O 4(" Magneettinen oksidi ").

On auki ilman , että kosteuden läsnä ollessa, se syöpyy muodostaen ruoste , joka koostuu hydratoidun rauta oksidit ja oksihydroksidit , joka voidaan kirjoittaa Fe 2 O 3 · n H 2 O ja FeO (OH) · n H 2 Ovastaavasti. Koska ruoste on huokoinen materiaali, hapetusreaktio voi levitä metallin sydämeen, toisin kuin esimerkiksi alumiini, joka muodostaa ohuen kerroksen läpäisemätöntä oksidia.

Mössbauer-spektroskopia tarjoaa tehokkaan työkalun erottaa eri astetta raudan hapettumista. Tällä tekniikalla on mahdollista tehdä kvantitatiivinen analyysi rautafaasien seoksen läsnä ollessa.

Rauta-ionit vesiliuoksessa

Vesiliuoksessa kemiallinen alkuaine rauta on ionimuodossa kahdella päävalenssilla:

Fe 2+ (rauta (II) -ioni, jota aiemmin kutsuttiin rautaksi ). Liuoksen kemiallisesta ympäristöstä riippuen se voi saada eri värejä. Esimerkiksi liuoksella, joka saadaan liuottamalla Mohrin suola , on vaaleanvihreä väri. Tällainen liuos on stabiili pH-arvon ollessa alle 6. Jos pH ylittää tämän arvon, rauta (II) hydroksidi Fe (OH) 2 saostua;
Fe 3+ (rauta (III) -ioni, jota aiemmin kutsuttiin ferriksi ). Rauta (III) kloridiliuokset ovat oransseja, ja rauta (III) nitraattiliuokset ovat värittömiä. Näiden liuosten pH: n on oltava alle 2, koska rauta (III) hydroksidi Fe (OH) 3 on huonosti liukoinen.

Sademäärä

Tietty määrä ioneja johtaa rauta-ionien saostumiseen liuoksessa. Hydroksidi- ioni HO - on yksi näistä (katso yllä). Sulfidi -ioni S 2- merkkeihin mahdolliseksi muodostaa rauta (II) sulfidi FeS, rauta (III) sulfidi ja Fe 2 S 3ei liian happamalle pH: lle. Todellakin, kohtuullinen määrä sulfidi-ionien pitää olla läsnä, joka ei ole happamassa pH: ssa, koska sulfidi-ioni on sitten sen dihapon muodossa, rikkivetyä H 2 S.

Rauta-ionien hapetus-pelkistys

Rautaparien vertailupotentiaalit ovat :

Fe2 + / Fe: E ° = −0,44 V Fe 3+ / Fe 2+ : E ° = +0,77 V

Tämä osoittaa, että metallinen rauta ei ole stabiili vesipitoisissa väliaineissa. Mitä matalampi pH, se hapettuu nopeammin.

Tämä osoittaa myös, että liuenneen hapen ( E ° (O 2/ H 2 O-) = 1,3 V rauta (II) -ionit eivät ole stabiileja.

Nämä vertailupotentiaalit muuttuvat liuoksessa olevien ionien mukaan, varsinkin jos vastaavien Fe (II) - ja Fe (III) -kompleksien stabiilisuusvakiot ovat huomattavasti erilaiset.

Redox on tapa titrata rauta (II) -ioneja esimerkiksi cerium (IV) -ionien (Ce 4+ / Ce 3+ pari ) tai permanganaatti MnO 4 - ionien (MnO 4 - / Mn 2 pari + kanssa rikkihappoalustalla) avulla. ).

Vaikka rauta-ionien pelkistäminen metalliraudaksi on mahdollista, se tehdään harvoin vesiliuoksesta.

Rauta-ionikompleksi

Monet vesikompleksissa olevat rautakompleksit muodostuvat helposti lisäämällä ligandi yksinkertaisesti (oikealla pH: lla). Yleisimpiä komplekseja ovat ne, joihin liittyy ligandeja:

CN- syanidi- ioni -

Fe (II): Fe (CN) 64- , heksasyanoferraatti (II) -ioni, diamagneettinen , keltainen; Fe (III): Fe (CN) 63- , heksasyanoferraatti (III) -ioni, paramagneettinen , oranssi;

Nämä kompleksit mahdollistavat Preussin sinisen valmistamisen ;

fluori- ioni F -

Fe (III): FeF 2+ , väritön fluoriferi (III) -ioni

Analyyttisessä kemiassa tämä kompleksi mahdollistaa rauta (III) -ionien värin merkitsemisen;

1,10-fenantroliini (lyhennetty o-fen)

Fe (II): Fe (ophen) 3 2+ , punainen, triorfofenantroliini (II) -ionit Fe (III): Fe (ophen) 3 3+ , vihreä, triorfofenantroliini (III) -ionit

Redox-paria, joka koostuu näistä kahdesta kompleksista, käytetään hapettumisen ja pelkistyksen titrausindikaattorina;

tiosyanaatti- ionit SCN -

Fe (III): Fe (SCN) 2+ , veripunainen, tiosyanatoferi (III) -ioni

Tämän kompleksin avulla on mahdollista korostaa pieni määrä rauta (III) -ionia liuoksessa sen ominaisvärin ansiosta.

Organometallinen kemia

Ensimmäinen sellaisenaan eristetty metalliorgaaninen kompleksi vuonna 1951 oli rautakompleksi: ferroseeni . Se koostuu rauta (II) ioni, jossa on kaksi syklopentadienyyli ionien C 5 H 5- . Siitä lähtien on tuotettu monia muita komplekseja, jotka ovat joko peräisin ferroseenista tai jotka ovat täysin erilaisia.

Talletukset

Suurin osa kuoressa olevasta raudasta yhdistetään hapen kanssa muodostaen rautaoksidimalmeja, kuten hematiitti ( Fe 2 O 3), Magnetiittia ( Fe 3 O 4) Ja limoniitti ( Fe 2 O 3 · n H 2 O). Magneettinen oksidi tai magnetiitti Fe 3 O 4 on tunnettu antiikin Kreikasta. Se on saanut nimensä Magnetos- vuorelta (suuri vuori), Kreikan vuorelta, joka on erityisen rikas tässä mineraalissa .

Noin yksi kahdestakymmenestä meteoriitista sisältää taeniittia , ainutlaatuista rauta-nikkelimineraaliseosta (rauta 35-80%) ja kamasiittia (rauta 90-95%). Rautameteoriitit ovat harvinaisia, mutta nikkelillä päällystetyn raudan lähde, mutta tämä maan pinnalle saapuva meteorirauta on etymologisessa mielessä terästeollisuuden alkuperä ; toinen hiukan nikkelillä päällystetyn rautametallin luonnollinen lähde ovat harvinaisempia telluurirautaa tai mineralogistien natiivirautaa.

Marsin pinnan punainen väri johtuu regolitista, jossa on runsaasti amorfista hematiittia ; punainen planeetta on tavallaan "ruosteessa planeetta".

90% maailman rautamalmikerrostumista pidetään ohuena kerroksena, jossa on runsaasti Fe (II): ta, nauhoitettua rautakerrosta. Elämän alkuvaiheessa , syanobakteerit elävät Fe (II) -merillä Archeanin eonilla noin -2-4 Ga . Kun ne alkavat fotosyntetisoida, syntynyt happi liukenee ja reagoi Fe (II): n kanssa muodostaen Fe (III) -oksidia, jotka saostuvat valtameren pohjaan. Fe (II): n nauttimisen jälkeen happi keskittyy valtameriin ja sitten ilmakehään, se muodostaa sitten myrkyn protoelämälle. Siten nauharautanauhat löytyvät systemaattisesti kiteisten massiivien geologisten kerrosten (liuskat, gneisit jne. ) Ja Alppien edeltävien massiivien muodostavien dolomiittisten kalkkikivikerrosten (korallit) välillä.

Rautametallurgian historia

Rauta tunnettiin jo kuparikaudelta kautta telluric raudan sivustojen ja erityisesti rautameteoriitti usein jo seostettu korkealaatuisia, eikä ole varmaa, että sen metallurgian pysyi luottamuksellisia kuten usein arvioitu kunnes XII : nnen vuosisadan eaa. AD , ajanjaksoa, joka jälkiä juuri alkua " rautakauden " ympärille XV : nnen vuosisadan eaa. AD heettiläiset, Anatoliassa, oli kehittynyt melko hyvän hallinnan takorautatyö, perinteensä määrittää sen alkuperä on Kaukasiassa alueella , ja tämä tekniikka näyttää myös olleet tiedossa varsin varhain Pohjois- Intiassa , erityisesti Uttar Pradesh .

Hellenistisessä maailmassa rauta on Kreikan metallurgian ja tulivuoren jumalan Hephaestoksen ominaisuus . Roomalaisten keskuudessa, jonka Hephaestuksen kursivoitu avatar Vulcan on aina väärentänyt, se on Marsin ruhtinaallinen ominaisuus. Alkemistit antoi rauta nimen Mars, sodan jumala Rooman mytologiassa .

Kunnes keskellä keskiajalla , Europe puhdistettu raudan avulla masuunien , joka ei tuottanut valurauta ; tekninen masuunin , joka itse valmistaa raakaraudan päässä puuhiiltä ja rautamalmin , kehitettiin Kiinassa vuonna keskellä V : nnen vuosisadan eaa. JKr . Se on yleistä Länsi-Euroopassa puolivälissä XV : nnen vuosisadan .

West itsenäisesti keksittävä tekniikkaa yli tuhat vuotta Kiinassa. Mukaan antiikin doxographer Theofrastos , se oli delas, eli fryyginen , joka keksi rautaa.

Sepän fyysisellä työllä (vasaralla, kuumennuksella, pintaseoksilla jne. ) Saavutetuilla kiinteiden metalliosien vähäisillä muutoksilla on kemian kannalta hyvin vähän merkitystä . Rautakemia unohtaa suurelta osin sepien tai takomolojen erittäin hienon arvostuksen raudan pitkän teknisen historian aikana.

Rautateollisuus

Rautamalmin louhinta

Tärkeimmät rautamalmia tuottavat maat vuonna 2013 ovat:

	Maa	Malmi (miljoonaa tonnia)	% maailmasta rautamalmi	Rautapitoisuus (miljoonaa tonnia)	% maailmasta rautapitoisuus
1	Kiina	1450,0	45,9	436,0	29.5
2	Australia	609,0	19.3	377,0	25.5
3	Brasilia	386,27	12.2	245,67	16.6
4	Intia	150,0	4.7	96,0	6.5
5	Venäjä	105,0	3.3	60.7	4.1
6	Etelä-Afrikka	71,53	2.3	45.7	3.1
7	Ukraina	81,97	2.6	45.1	3.0
8	Yhdysvallat	53,0	1.7	32.8	2.2
9	Kanada	42,8	1.4	26.0	1.8
10	Iran	50,0	1.6	24.0	1.6
11	Ruotsi	26.04	0.8	17.19	1.2
12	Kazakstan	25.5	0.8	14.5	1.0
13	Chile	17.11	0.5	9.09	0.6
14	Mauritania	13.0	0.4	7.8	0.5
15	Meksiko	14.5	0.5	7.53	0.5
16	Venezuela	10.58	0,3	6.58	0.4
17	Malesia	10.0	0,3	5.7	0.4
18	Peru	6.79	0,2	4.55	0,3
19	Mongolia	6.01	0,2	3.79	0,3
20	Turkki	4.45	0,1	2.98	0,2
Maailma yhteensä		3160	100	1,480	100

Tärkeimmät rautamalmia tuottavat yritykset maailmassa vuonna 2008 ovat:

BHP Billiton ja Rio Tinto (39,6% maailmanmarkkinoista arvioitu vuonna 2008 sulautumisen yhteydessä);
Vale (aiemmin CVRD) (Brasilia) (35,7%);
Rio Tinto (24% yksin);
BHP Billiton (yksin 16%);
Fortescue (5,4%);
Kumba (5,2%);
muut (LKAB, SNIM, CVG Ferrominera, Hierro Peru, Kudremukh, CAP) (13,7%).

Vuonna 2007 Kiina tuotti kolmanneksen maailman teräksestä ja 50% rautamalmin viennistä.

Kierrätys

Suurin osa rautapohjaisista metalleista on magneettisia. Tämä ominaisuus yksinkertaistaa niiden lajittelua. Vuoden jälkipuoliskolla XX : nnen vuosisadan alhaiset romun tekee sähkö terästehtaiden kilpailukykyisempiä kuin uuneissa ups .

Terästeollisuus

Rauta saadaan teollisesti vähentämällä raudan oksidit malmin sisältämiin käyttämällä hiilimonoksidia (CO) hiilestä ; tämä voidaan saavuttaa, koska rautakaudella , kunnes XIX : nnen vuosisadan joissakin osissa maailmaa, vähentämällä malmin hiilellä on uuninpohja tai alhaalta kotiin. Saamme nestemäisen faasin läpi heterogeenisen massan rautaa, terästä tai jopa valurautaa sekoitettuna kuonaan , nimeltään " suurennuslasi ", "massiot" tai "rautasieni". Jotta metallista saataisiin sopiva esineiden valmistamiseen, "suurennuslasi" voidaan rikkoa ja lajitella hiilipitoisuuden tyypin mukaan tai yksinkertaisesti puristaa suoraan takomoon.

Tehtaiden ja hydraulisen voiman kehityksen myötä masuunin tekninen linja pystyi kehittymään, ja se asetettiin yleensä masuunin omalle vahingolle. Suurin ero tässä prosessissa on se, että rautaoksidien pelkistys tapahtuu samanaikaisesti sulatuksen kanssa . Metalli tuotetaan nestefaasissa valurautana, joka on absorboinut osan koksista hiilestä ja joka sulaa helpommin kuin rauta (alempi sulamislämpötila, vähintään 200 ° C ). Mutta valurauta on sitten muutettava raudaksi.

Se on myös lisäämällä piidioksidia on kalkkikivi gangue malmi tai kalkkikiveä ja piipitoisen gangue malmin, että me meni masuunin: tarkka piidioksidin osuus ja kalkkikivi antaa helposti sulavaa kuonaa , joka erottaa luonnollisesti neste valurautaa . Masuunit toimivat pitkään aikaan puuhiilellä. Koksi , kovempia ja runsas, oli mahdollista tehdä paljon suurempi masuuneissa mutta valmistamiseksi sulatetaan täynnä rikki .

Luotettavan metallin saamiseksi on tarpeen jalostaa valurautaa. Tämä terästehtaassa suoritettu vaihe koostuu pääasiassa valuraudan hiilenpoistosta matalamman hiilen seoksen: raudan tai teräksen saamiseksi. Valurauta muunnetaan teräkseksi muuntimessa . Tässä säiliössä happi puhalletaan valurautaan tai sen sisään hiilen poistamiseksi .

Jos hiilen poistaminen polttamalla hapella on tärkein vaihe raakaraudan jalostuksessa, terästehdas myös:

poistetaan rikki masuuniin syötetystä koksista; injektoimalla kalsiumkarbidia , magnesiumia ja / tai soodaa rikki muodostaa sulfideja, jotka kelluvat valuraudan kuonan joukossa; tämä kuona poistetaan sitten kaapimella;
poltetaan valurautaan liuennut pii ; tämä palaminen on ensimmäinen kemiallinen reaktio, joka tapahtuu muuntimessa ; sitä seuraa välittömästi hiilen palaminen ;
poistamalla fosfori malmista; kuten rikki, tämä toinen haurastava elementti etenee reaktiossa kalkin kanssa muuntimessa muodostaen P 2 O 5, joka kuonaan menemällä poistetaan erottamalla nestemäisestä raudasta; fosforinpoiston reaktio on kolmas ja viimeinen kemiallisen reaktion etsitty muuntimen .

Joissakin tapauksissa maakaasun runsas määrä tai rautamalmin mukauttamisen masuuniin vaikeus johti niin kutsutun " suoran pelkistyksen " prosessin käyttöönottoon. Periaatteena on malmien läsnäolon vähentäminen ilman sulatusvaihetta (kuten masuunissa) käyttämällä pelkistäviä kaasuja, jotka on saatu hiilivedyistä tai kivihiilestä . On kehitetty suuri määrä menetelmiä. Vuonna 2010 5% tuotetusta teräksestä tuli suoraan pelkistämällä saadusta raudasta.

Seokset

Rautaa käytetään tuskin puhtaana (paitsi tiettyjen hitsattavuusongelmien ratkaisemiseksi, erityisesti ruostumattomilla teräksillä ). Sulaminen ja teräksen ( 1000 Mt ) ovat tärkeimmät seokset:

valurauta sisältää 2,1-6,67% hiiltä ;
teräs sisältää 0,025 - 2,1% hiiltä, raudan ollessa koostumuksen pääelementti;
alle 0,025% hiiltä, puhumme "teollisista silitysraudoista".

Erilaisten lisäyselementtien lisääminen mahdollistaa valurautojen ja erikoisterästen saamisen, mutta alkuaine, jolla on suurin vaikutus näiden seosten ominaisuuksiin, on hiili.

Ruostumattomat teräkset ovat korroosionkestävyytensä ansiosta kromia, joka hapettamalla muodostaa ohuen suojakalvon.

Tuotteet

Nimi "lanka" ei tarkoita puhdasta rautalangaa, lanka on itse asiassa valmistettu pehmeästä teräksestä, hyvin muokattavissa.

Metallirautaa ja sen oksideja on käytetty vuosikymmenien ajan analogisten tai digitaalisten tietojen kiinnittämiseen sopiviin tietovälineisiin ( magneettinauhat , ääni- ja videokasetit, levykkeet ). Näiden materiaalien käyttö kuitenkin korvataan yhdisteillä, joilla on parempi läpäisevyys , esimerkiksi kiintolevyissä .

Biokemiallinen käyttö

Rauta on olennainen osa ihmiskehossa. Lapsen ensimmäisinä elinaikoina ravintoraudan tarve on erittäin suuri ruoan puutteen kivun ( raudan puute-anemia ) vuoksi. Lisäksi raudan yliannostus on myös haitallista terveydelle. Liian paljon rautaa lisäisi hepatiitin ja syövän riskiä ja voisi olla mukana Parkinsonin taudissa .

Bioorgaaninen kompleksi

Hemoglobiini on veren on metalliproteiini koostuu rauta (II) kompleksi. Tämän kompleksin avulla punasolut voivat kuljettaa happea keuhkoista kehon soluihin. Hapen liukoisuus veressä ei todellakaan riitä toimittamaan soluja tehokkaasti. Tämä kompleksi koostuu Fe (II) -kationista, jota kompleksoivat neljä typpiatomia on porfyriinin ja typessä histidiinin tähteeseen kuuluvan proteiinin ketjuun. Kuudes raudan komplikaatiokohta on joko tyhjä tai siinä on happimolekyyli.

On huomattavaa, että rauta (II) sitoo happimolekyylin hapettumatta. Tämä johtuu proteiinin aiheuttamasta raudan tukkeutumisesta.

Ruoassa

Rauta on hivenaine ja yksi tärkeimmistä mineraalisuoloista, joita löytyy elintarvikkeista , mutta se voi olla myrkyllistä joissakin muodoissa. Raudanpuute on anemian lähde ja voi vaikuttaa lapsen aivojen kognitiiviseen ja sosiaalis-emotionaaliseen kehitykseen tai pahentaa tiettyjen myrkytysten ( esimerkiksi lyijymyrkytysten ) vaikutuksia.

Rauta on välttämätön kuljetukseen hapen ja muodostumista punasoluja on veressä . Se on olennainen ainesosa mitokondrioita , koska koostumus hemin ja sytokromi c . Sillä on myös rooli uusien solujen , hormonien ja välittäjäaineiden valmistuksessa . Kasvien sisältämä rauta (ns. "Ei-hemirauta") Fe 3+ tai rautarauta imeytyy elimistöön vähemmän kuin se, joka on eläinperäisissä raaka-aineissa ("hemirauta") Fe 2+ tai rauta . Ruoanvalmistus muuttaa osan hemiraudasta ei-hemiraudaksi, joka on vähemmän biologisesti saatavilla . Raudan imeytyminen kuitenkin paranee, jos sitä käytetään tiettyjen ravintoaineiden , kuten C-vitamiinin tai sitruunamehun kanssa. Sitruunamehun laittaminen ruokaan on siis erinomainen kulinaarinen tapa, jos sinulta puuttuu rautaa; toisaalta C-vitamiinilisä on hyödytön, jos ei kärsi C-vitamiinin puutoksesta (äärimmäinen puute on skorbuutti), vaikka tämä ei voi johtaa hypervitaminoosiin, koska C-vitamiini on vesiliukoinen (ja siksi sen ylijäämä poistetaan hikoilemalla) ja virtsateiden). Kuten naudanliha, hyönteiset ovat hyvä raudan lähde.

Toisaalta teen ja / tai kahvin kulutus estää sen imeytymistä, koska tanniinit (polyfenolit) ovat rautakelaatteja. Siksi riskiryhmille (nuorille, raskaana oleville naisille, hedelmällisessä iässä oleville naisille, kasvissyöjille) ja teetä tai kahvia käyttäville suositellaan juomaan sitä sen sijaan tuntia ennen ateriaa tai kaksi tuntia sen jälkeen.

Raudan kertyminen elimistöön johtaa solukuolemaan. Tutkijat Inserm epäillä, koska se, liiallinen rauta voi olla mukana hermosoluvaurioihin potilailla, joilla on Parkinsonin tauti.

Saat vaihdevuodet ohittaneilla naisilla ja aikuisten miehiä, suositeltu päiväannos Raudan on 10 mg ; Tämä ravitsemuksellinen vaatimus sijaitsee 16 ja 18 mg naisilla välillä murrosikä vaihdevuodet .

Apteekissa

Rautaa käytetään lääkkeenä. Sitä käytetään raudan puutteessa (nimeltään "raudan puute"), joka voi aiheuttaa voimattomuutta tai jopa raudan puutteen anemiaa . Se voidaan antaa suun kautta tai injektiona.

Maailmantuotanto

Rautamalmin tuotanto maailmassa oli vuonna 2010 2,4 miljardia tonnia, mikä johtui suurelta osin Kiinasta (37,5%), ennen Australiaa (17,5%), Brasiliaa (15, 4%), Intiaa (10,8%), Venäjää (4,2%) ja Ukrainaa. (3,0%); Maailman rautamalmivarantojen arvioidaan olevan 180 miljardia tonnia, sisältäen 87 miljardia tonnia rautaa, ja niitä hallitsevat pääasiassa Ukraina (16,7%), Brasilia (16,1%) ja Venäjä (13,9%). Kiina tuotti 60% maailman metallisesta raudasta vuonna 2010 (noin 600 miljoonaa 1 miljardista tonnista) ja 45% maailman teräksestä (noin 630 miljoonaa 1,4 miljardista tonnista) ennen Japania (8,2% rautaa ja 7,9%) maailmassa tuotettua terästä).

Huomautuksia ja viitteitä

(en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics , CRC Press Inc,2009, 90 th ed. , 2804 Sivumäärä , Kovakantinen ( ISBN 978-1-420-09084-0 )
(in) Beatriz Cordero Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc rêves Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia ja Santiago Barragan Alvarez , " kovalenttiset säteet revisited " , Dalton Transactions , 2008, s. 2832-2838 ( DOI 10.1039 / b801115j )
(in) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics , TF-CRC,2006, 87 th ed. ( ISBN 0849304873 ) , s. 10-202
(in) Metals Handbook , Vuosikerta 10: Materiaalien kuvaus , ASM International,1986, 1310 Sivumäärä ( ISBN 0-87170-007-7 ) , s. 343
(in) Thomas R. Dulski, käsikirja kemiallisen analyysin metallien , voi. 25, ASTM International,1996, 251 Sivumäärä ( ISBN 0803120664 , lue verkossa ) , s. 71
Chemical Abstracts -tietokanta kysyttiin SciFinder Webin kautta 15. joulukuuta 2009 ( hakutulokset )
SIGMA-ALDRICH
" Iron " kemiallisten tuotteiden tietokannassa Reptox of the CSST (Quebec-organisaatio, joka vastaa työturvallisuudesta ja työturvallisuudesta), tarkastettu 25. huhtikuuta 2009
(sisään) Tiukimmin sidotut ytimet ("Nuklidit tiukimmin sitoutuneet").
Alessandro Tagliabue, Raudan tärkeä rooli meren biogeokemiassa , Nature , 543, 51–59, 2. maaliskuuta 2017, DOI : 10.1038 / nature21058 ( abstrakti )
Kristen French, Rautakemia merkitsee valtameren hiilenottoa , 26. kesäkuuta 2017, Earth Institute, Columbian yliopisto
Kasvihuonekaasujen tila ilmakehässä maailmanlaajuisten havaintojen perusteella vuoteen 2013 (katsottu 11. syyskuuta 2014), ks. Erityisesti luku. Meren happamoituminen , s. 4 .
(in) RL ja HG Clendenen Drickamer, " Paineen vaikutus ruteenin ja raudan tilavuuteen ja hilaparametreihin " , Journal of Physics and Chemistry of Solids , voi. 25, n ° 8,1964, s. 865-868 ( DOI 10.1016 / 0022-3697 (64) 90098-8 ).
(sisään) Ho-Kwang Mao, William A. Bassett ja Taro Takahashi, " Paineen vaikutus kristallirakenteeseen ja raudan hilaparametreihin korkeintaan 300 kbar " , Journal of Applied Physics , voi. 38, n o 1,1967, s. 272-276 ( DOI 10.1063 / 1.1708965 ).
" Hephaestus, kreikkalainen tulen ja raudan jumala " , mytologiassa.ca
Plinius vanhin , luonnonhistoria [ yksityiskohdat painoksista ] [ lue verkossa ] : Kirja VII
William S. Kirk , " USGS Minerals Information: Iron Ore ", osoitteessa mineral.usgs.gov (käytetty 23. lokakuuta 2016 )
Bernstein Resaerch, Les Echos , 5. helmikuuta 2008, s. 35
Alain Faujas, "Rautamalmin määrä kasvaa vähintään 65% vuonna 2008", Le Monde , 20. helmikuuta 2008, lähetetty 19. helmikuuta 2008, [ lue verkossa ]
Parkinsonin tautiin liittyvä ylimääräinen rauta , Google / AFP , 28. lokakuuta 2008
R. Colin Carter, Joseph L. Jacobson, Matthew J. Burden, Rinat Armony-Sivan, Neil C. Dodge, Mary Lu Angelilli Betsy Lozoff ja Sandra W. Jacobson, raudanpuutosanemia ja kognitiivisiin toimintoihin varhaislapsuudessa , Pediatrics , elokuu 2010, voi. 126, n ° 2, E427-E434, yhteenveto
Gladys O. Latunde-Dada , Wenge Yang ja Mayra Vera Aviles , ” Rauta- aineen saatavuus hyönteisiltä ja ulkofileeltä ”, Journal of Agricultural and Food Chemistry , voi. 64, n ° 44,9. marraskuuta 2016, s. 8420–8424 ( ISSN 0021-8561 , DOI 10.1021 / acs.jafc.6b03286 , luettu verkossa , käytetty 16. marraskuuta 2016 )
Katso esimerkiksi manuaalinen Ferrostrane ( feredetate ja natrium ) ja Teofarma tai Timoferol ( C-vitamiini + Fe) on Elerte.
" Raudanpuuteanemia " , osoitteessa passportsante.net ,elokuu 2011(käytetty 23. huhtikuuta 2015 )
" Ylimääräinen rauta Parkinsonin tautiin liittyvissä hermosoluissa " , Inserm ,28. lokakuuta 2008(käytetty 23. huhtikuuta 2015 )
(sisällä) " Rautamalmi " , USGS Minerals.
(in) http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/iron_&_steel/mcs-2011-feste.pdf " Rauta ja teräs "], USGS Minerals.

Katso myös

Bibliografia

Elie Bertrand, Puhtaiden fossiilien ja vahingossa esiintyvien fossiilien yleinen sanakirja, joka sisältää kuvauksen maista, hiekoista, suoloista , Louis Chambeau, Avignon, 1763, 606 s. , erityisesti raudan sisäänmeno s. 239-256 .
Robert Luft, puhtaan yksinkertaisen aineen sanakirja kemiassa , Nantes, Association Cultures et Techniques,1997, 392 Sivumäärä ( ISBN 978-2-9510168-3-5 ), erityisesti luku. 26 rauta s. 132-134 .
Bruce Herbert Mahan , Chimie , InterEdition, Pariisi, 1977, 832 Sivumäärä ( Trans. Vuodesta yliopiston kemian , 2 th ed. , Addison-Wesley Publishing Company, Massachusetts, vuonna 1969 ( ISBN 978-2-7296-0065-5 ) ), erityisesti s. 673-676 .
Paul Pascal , P. Bothorel, Adolphe Pacault, Guy Pannetier (toim.), Uusi tutkielma mineraalikemiasta: Rauta- ja rautakompleksit , voi. 17-18, Masson, 1958.

Aiheeseen liittyvät artikkelit

Ulkoiset linkit

Raudan kuvaava kemia Yhteenveto, Mainen yliopisto, luonnontieteellinen tiedekunta
Viila raudalla: Rauta putoaa maskilta , Futura-Sciences
(en) Raudan alkuaineiden mineralogia: Sur Mindat
(en) ” Raudan tekniset tiedot ” (käytetty 12. elokuuta 2016 ) , kunkin sivun isotoopin tunnetut tiedot alasivuilla

Hei

Olla

Syntynyt

N / A

Joo

Tai

Ässä

Huom

Sisään

Sinä

Minä

Tämä

Oli

Lukea

Sinun

Luu

Klo

Voisi

Olen

Vrt

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

alkali Metals	Alkalinen maa	Lantanidit	siirtyminen metallit	Huono metalli	Metalli- aallot	Ei- metallit	halogeeni geenit	Noble kaasujen	Kohteet luokittelemattomat
		Aktinidit
		Superaktinidit