हाइड्रोजन के साथ लोहे की परस्पर क्रिया। आयरन: अपने आयनों के प्रति गुणात्मक प्रतिक्रिया

यह लेख लोहे, उसके रासायनिक और भौतिक गुणों के बारे में बात करेगा। लोहे के परिवहन की विधि, उसके भंडारण की स्थिति, उत्पादन, गलाने आदि के निर्धारण के लिए इनका बहुत महत्व है।

लोहा सबसे लोकप्रिय धातुओं में से एक है। लेकिन अक्सर वे इसे किसी प्रकार के मिश्रण के साथ मिश्र धातु कहते हैं, उदाहरण के लिए, कार्बन। इससे धातु की लचीलापन और कोमलता बनाए रखने में मदद मिलती है। ऐसी संरचना में एक संकेतक शुद्ध धातु, कार्बन और अशुद्धियों की मात्रा होगी।

स्टील गलाने के लिए, धातुकरण विधि का उपयोग किया जाता है, जो उत्पाद को बाहरी प्रभावों, जैसे क्षरण, क्षरण और घिसाव के प्रति अधिक प्रतिरोधी बनने में मदद करता है। इस मामले में, अतिरिक्त अशुद्धियों की सामग्री भिन्न हो सकती है।

कार्बन

मिश्र धातु में कार्बन सामग्री का प्रतिशत 0.2% से 10% तक हो सकता है। यह आयरन पुनर्प्राप्ति की विधि पर निर्भर करता है। इसके अलावा, धातुकरण की मात्रा और डिग्री बहुत व्यापक रूप से भिन्न हो सकती है। गैसीय कटौती प्रक्रियाओं में, फिलामेंटस कार्बन को गैस चरण से लोहे की सतह पर जमा किया जाता है। लेकिन प्रतिक्रिया पूरी तरह से पूरी नहीं हुई है, और जिस उत्पाद का धातुकरण हुआ है उसकी सतह पर और उसके छिद्रों में कार्बन से कालिख बन गई है।

फास्फोरस

लोहे की प्रत्यक्ष कमी की प्रक्रिया में, फॉस्फोरस की मात्रा कम नहीं होती है, और धातुकरण के दौरान इसकी सामग्री का प्रतिशत फीडस्टॉक में इसकी मात्रा के बराबर होता है। इसे कटौती प्रक्रिया के लिए उपयोग किए गए अयस्क के पूर्ण लाभकारी द्वारा कम किया जा सकता है। इसके अलावा, फॉस्फोरस और आयरन का अनुपात आयरन के प्रतिशत में वृद्धि पर निर्भर करता है, जिससे फॉस्फोरस सामग्री के प्रतिशत में कमी आती है। अधिकांश फॉर्मूलेशन में यह 0.010-0.020% है, शायद ही कभी 0.030%।

गंधक

लोहे की प्रत्यक्ष कमी के लिए कच्चा माल अक्सर छर्रे होते हैं जिन्हें फ्लक्स नहीं किया गया है, क्योंकि अधिकांश सल्फर को ऑक्सीडेटिव रोस्टिंग द्वारा हटा दिया गया है, जिससे सल्फर का मुख्य स्रोत कम करने वाले एजेंट के रूप में रह गया है।

प्रारंभिक ठोस कम करने वाले एजेंट के साथ, धातुयुक्त सामग्री में सल्फर की मात्रा अधिक हो सकती है। फिर चूना पत्थर और डोलोमाइट मिलाकर इसकी कमी की जा सकती है।

गैसीय कम करने वाले एजेंट के मामले में, आउटपुट 0.003 तक सल्फर के कम प्रतिशत वाला उत्पाद होता है।

नाइट्रोजन और हाइड्रोजन

अयस्क में नाइट्रोजन कम मात्रा में पाई जाती है, जो धातुयुक्त पदार्थों में इसका छोटा प्रतिशत, 0.003% तक निर्धारित करती है। हाइड्रोजन की मात्रा 150 घन मीटर तक पहुँच जाती है। सेमी प्रति 100 ग्राम, और स्टील में इसका प्रतिशत स्क्रैप को गलाने के समान ही होता है।

अलौह धातु

अलौह धातुओं, अर्थात् निकल, क्रोमियम, सीसा, तांबे की मात्रा में प्रत्यक्ष रूप से कम किए गए लोहे की संरचना होती है, और कच्चे माल की शुद्धता के कारण अक्सर कम होती है। स्पंज आयरन के इस सूचक की तुलना कच्चा लोहा से की जा सकती है। फर्क सिर्फ इतना होगा कि कच्चे लोहे में क्रोमियम कम मात्रा में होता है।

ऑक्साइड के भाग के रूप में टाइटेनियम, क्रोमियम, वैनेडियम धातुयुक्त छर्रों में पाए जाते हैं। गलाने की प्रक्रिया के दौरान, उन्हें स्लैग से पुनर्प्राप्त होने से रोकने की संभावना को व्यवस्थित करना काफी सरल है। इससे टाइटेनियम, क्रोमियम और संभवतः मैंगनीज के कम प्रतिशत वाली धातु प्राप्त करना संभव हो जाता है।

लोहा, जिसकी संरचना में टिन, सीसा, जस्ता और अन्य अलौह धातुएं शामिल हैं, और एक छोटे और स्थिर प्रतिशत में, भूनने वाली छर्रों की ऑक्सीडेटिव प्रक्रिया, लोहे की प्रत्यक्ष कमी और गलाने के दौरान बनता है। यह सब अयस्क में इन धातुओं की अशुद्धियों की थोड़ी मात्रा के साथ-साथ उनके आंशिक निष्कासन के कारण है।

यह निर्धारित किया गया है कि धातुकरण और गलाने के दौरान जस्ता निकालना संभव है। फायरिंग और कटौती के दौरान सीसा वाष्पित हो जाता है, लेकिन कुछ हद तक, और मुख्य बात गलाने की प्रक्रिया है। टिन, सुरमा की तरह, इसकी कम सामग्री के कारण संरचना से निकालना मुश्किल है, या यहां तक ​​कि धातु में बदल जाता है। प्रयोगशाला अध्ययनों से पता चला है कि लोहा किस चीज से बना है यह अशुद्धियों के रूप में अलौह धातुओं की मात्रा से निर्धारित होता है। उनका प्रतिशत निकेल, क्रोमियम और तांबा युक्त स्टील में 0.01 से कम, टिन, सीसा, आर्सेनिक, एंटीमनी और जस्ता के संयोजन में 0.001 से कम तक होता है।

लोहा(अव्य. फेरम), Fe, आवर्त सारणी के समूह VIII का रासायनिक तत्व, परमाणु क्रमांक 26, परमाणु द्रव्यमान 55.847। तत्व के लैटिन और रूसी दोनों नामों की उत्पत्ति स्पष्ट रूप से स्थापित नहीं की गई है। प्राकृतिक लोहा चार न्यूक्लाइडों का मिश्रण है जिनकी द्रव्यमान संख्या 54 (प्राकृतिक मिश्रण में सामग्री वजन के अनुसार 5.82%), 56 (91.66%), 57 (2.19%) और 58 (0.33%) है। दो बाहरी इलेक्ट्रॉनिक परतों का विन्यास 3s 2 p 6 d 6 4s 2 है। आमतौर पर ऑक्सीकरण अवस्था +3 (वैलेंसी III) और +2 (वैलेंसी II) में यौगिक बनाते हैं। ऑक्सीकरण अवस्था +4, +6 और कुछ अन्य में लौह परमाणुओं वाले यौगिक भी ज्ञात हैं।

मेंडेलीव की आवधिक प्रणाली में, लोहे को समूह VIIIB में शामिल किया गया है। चौथी अवधि में, जिसमें लोहा भी शामिल है, इस समूह में लोहे के अलावा, कोबाल्ट (सीओ) और निकल (नी) भी शामिल हैं। ये तीन तत्व एक त्रय बनाते हैं और इनके गुण समान होते हैं।

तटस्थ लौह परमाणु की त्रिज्या 0.126 एनएम है, Fe 2+ आयन की त्रिज्या 0.080 एनएम है, और Fe 3+ आयन की त्रिज्या 0.067 एनएम है। लौह परमाणु की अनुक्रमिक आयनीकरण ऊर्जाएँ 7.893, 16.18, 30.65, 57, 79 eV हैं। इलेक्ट्रॉन बन्धुता 0.58 eV. पॉलिंग स्केल के अनुसार लोहे की विद्युत ऋणात्मकता लगभग 1.8 है।

उच्च शुद्धता वाला लोहा एक चमकदार सिल्वर-ग्रे, लचीली धातु है जो विभिन्न यांत्रिक प्रसंस्करण विधियों के लिए उपयुक्त है।

भौतिक और रासायनिक गुण:कमरे के तापमान से 917 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर, साथ ही तापमान सीमा 1394-1535 डिग्री सेल्सियस पर, एक घन शरीर-केंद्रित जाली के साथ -Fe होता है, कमरे के तापमान पर जाली पैरामीटर होता है ए= 0.286645 एनएम. 917-1394°C तापमान पर, -Fe एक फलक-केंद्रित घनीय जाली T के साथ स्थिर है ( ए= 0.36468 एनएम)। कमरे के तापमान से 769 डिग्री सेल्सियस (तथाकथित क्यूरी बिंदु) तक के तापमान पर, लोहे में मजबूत चुंबकीय गुण होते हैं (इसे लौहचुंबकीय कहा जाता है); उच्च तापमान पर, लोहा एक अनुचुंबक के रूप में व्यवहार करता है। कभी-कभी घन पिंड-केंद्रित जाली के साथ पैरामैग्नेटिक -Fe, 769 से 917°C के तापमान पर स्थिर, को लोहे का संशोधन माना जाता है, और -Fe, उच्च तापमान (1394-1535°C) पर स्थिर, -Fe कहा जाता है परंपरा के अनुसार (लोहे के चार संशोधनों के अस्तित्व के बारे में विचार तब उत्पन्न हुए जब एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण अभी तक मौजूद नहीं था और लोहे की आंतरिक संरचना के बारे में कोई वस्तुनिष्ठ जानकारी नहीं थी)। गलनांक 1535°C, क्वथनांक 2750°C, घनत्व 7.87 ग्राम/सेमी 3। Fe 2+ /Fe 0 जोड़ी की मानक क्षमता 0.447V है, Fe 3+ /Fe 2+ जोड़ी +0.771V है।

जब 200 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर हवा में संग्रहीत किया जाता है, तो लोहा धीरे-धीरे ऑक्साइड की घनी फिल्म से ढक जाता है, जो धातु के आगे ऑक्सीकरण को रोकता है। नम हवा में, लोहा जंग की एक ढीली परत से ढक जाता है, जो धातु तक ऑक्सीजन और नमी की पहुंच और उसके विनाश को नहीं रोकता है। जंग में एक स्थिर रासायनिक संरचना नहीं होती है; लगभग इसका रासायनिक सूत्र Fe 2 O 3 xH 2 O के रूप में लिखा जा सकता है।

गरम करने पर लोहा ऑक्सीजन (O) के साथ प्रतिक्रिया करता है। जब लोहा हवा में जलता है तो Fe 2 O 3 ऑक्साइड बनता है और जब लोहा शुद्ध ऑक्सीजन में जलता है तो Fe 3 O 4 ऑक्साइड बनता है। यदि पिघले हुए लोहे में से ऑक्सीजन या वायु प्रवाहित की जाए तो FeO ऑक्साइड बनता है। जब सल्फर (एस) और लौह चूर्ण को गर्म किया जाता है, तो सल्फाइड बनता है, जिसका अनुमानित सूत्र FeS के रूप में लिखा जा सकता है।

गरम करने पर लोहा हैलोजन के साथ प्रतिक्रिया करता है। चूँकि FeF 3 गैर-वाष्पशील है, लोहा 200-300°C के तापमान तक फ्लोरीन (F) के प्रति प्रतिरोधी है। जब लोहे को क्लोरीनीकृत किया जाता है (लगभग 200°C के तापमान पर), तो वाष्पशील FeCl 3 बनता है। यदि लोहे और ब्रोमीन (Br) की परस्पर क्रिया कमरे के तापमान पर या हीटिंग और बढ़े हुए ब्रोमीन वाष्प दबाव के साथ होती है, तो FeBr 3 बनता है। गर्म होने पर, FeCl 3 और, विशेष रूप से, FeBr 3 हैलोजन से अलग हो जाते हैं और आयरन (II) हैलाइड में बदल जाते हैं। जब आयरन और आयोडीन (I) प्रतिक्रिया करते हैं, तो आयोडाइड Fe 3 I 8 बनता है।

गर्म होने पर, लोहा नाइट्रोजन (एन) के साथ प्रतिक्रिया करता है, आयरन नाइट्राइड Fe 3 N बनाता है, फॉस्फोरस (P) के साथ, फॉस्फाइड FeP, Fe 2 P और Fe 3 P बनाता है, कार्बन (C) के साथ, कार्बाइड Fe 3 C बनाता है, सिलिकॉन के साथ (Si), कई सिलिकाइड्स बनाता है, उदाहरण के लिए FeSi।

ऊंचे दबाव पर, धात्विक लोहा कार्बन मोनोऑक्साइड CO और तरल के साथ प्रतिक्रिया करता है, सामान्य परिस्थितियों में, अत्यधिक अस्थिर लौह पेंटाकार्बोनिल Fe (CO) 5 बनता है। Fe 2 (CO) 9 और Fe 3 (CO) 12 की संरचना वाले लौह कार्बोनिल भी ज्ञात हैं। आयरन कार्बोनिल्स ऑर्गेनोइरोन यौगिकों के संश्लेषण में शुरुआती सामग्री के रूप में काम करते हैं, जिसमें संरचना फेरोसीन भी शामिल है।

शुद्ध धात्विक लोहा पानी और तनु क्षार घोल में स्थिर होता है। सांद्र सल्फ्यूरिक और नाइट्रिक एसिड में लोहा नहीं घुलता, क्योंकि एक मजबूत ऑक्साइड फिल्म इसकी सतह को निष्क्रिय कर देती है।

आयरन हाइड्रोक्लोरिक और तनु (लगभग 20%) सल्फ्यूरिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करके आयरन (II) लवण बनाता है:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2

Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2

जब लोहा लगभग 70% सल्फ्यूरिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है, तो प्रतिक्रिया आयरन (III) सल्फेट बनाने के लिए आगे बढ़ती है:

2Fe + 4H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + SO 2 + 4H 2 O

आयरन (II) ऑक्साइड FeO में मूल गुण हैं; आधार Fe(OH) 2 इसके अनुरूप है। आयरन (III) ऑक्साइड Fe 2 O 3 कमजोर उभयचर है; यह Fe(OH) 2, Fe(OH) 3 से भी कमजोर आधार से मेल खाता है, जो एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है:

2Fe(OH) 3 + 3H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O

आयरन (III) हाइड्रॉक्साइड Fe(OH) 3 कमजोर उभयचर गुण प्रदर्शित करता है; यह केवल क्षार के सांद्र विलयन के साथ प्रतिक्रिया करने में सक्षम है:

Fe(OH) 3 + KOH = K

आयरन (III) के परिणामी हाइड्रॉक्सो कॉम्प्लेक्स अत्यधिक क्षारीय समाधानों में स्थिर होते हैं। जब घोल को पानी से पतला किया जाता है, तो वे नष्ट हो जाते हैं और आयरन (III) हाइड्रॉक्साइड Fe(OH) 3 अवक्षेपित हो जाता है।

विलयन में लौह (III) यौगिकों को धात्विक लौह द्वारा कम किया जाता है:

Fe + 2FeCl 3 = 3FeCl 2

लौह (II) लवण के जलीय घोल का भंडारण करते समय, लौह (II) का लौह (III) में ऑक्सीकरण देखा जाता है:

4FeCl 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe(OH)Cl 2

जलीय घोल में लौह (II) लवणों में से, सबसे अधिक स्थिर मोहर का नमक डबल अमोनियम और लौह (II) सल्फेट (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O है।

आयरन (III) फिटकरी जैसे एकल आवेशित धनायनों के साथ डबल सल्फेट बनाने में सक्षम है, उदाहरण के लिए, KFe(SO 4) 2 लौह-पोटेशियम फिटकरी, (NH 4)Fe(SO 4) 2 फेरिक अमोनियम फिटकरी, आदि।

जब गैसीय क्लोरीन (Cl) या ओजोन लौह (III) यौगिकों के क्षारीय घोल पर कार्य करता है, तो लौह (VI) फेरेट यौगिक बनते हैं, उदाहरण के लिए, पोटेशियम फेरेट (VI) (K): K 2 FeO 4। मजबूत ऑक्सीकरण एजेंटों के प्रभाव में लौह (VIII) यौगिकों के उत्पादन की खबरें हैं।

समाधान में लौह (III) यौगिकों का पता लगाने के लिए, थियोसाइनेट आयन सीएनएस के साथ Fe 3+ आयनों की गुणात्मक प्रतिक्रिया का उपयोग किया जाता है। जब Fe 3+ आयन CNS आयनों के साथ परस्पर क्रिया करते हैं, तो चमकदार लाल लौह थायोसाइनेट Fe (CNS) 3 बनता है। Fe 3+ आयनों के लिए एक अन्य अभिकर्मक पोटेशियम हेक्सासायनोफेरेट (II) (K): K 4 है (पहले इस पदार्थ को पीला रक्त नमक कहा जाता था)। जब Fe 3+ और 4 आयन परस्पर क्रिया करते हैं, तो एक चमकीला नीला अवक्षेप बनता है।

पोटेशियम हेक्सासायनोफेरेट (III) (K) K 3 का घोल, जिसे पहले लाल रक्त नमक कहा जाता था, घोल में Fe 2+ आयनों के लिए अभिकर्मक के रूप में काम कर सकता है। जब Fe 3+ और 3 आयन परस्पर क्रिया करते हैं, तो उसी संरचना का एक चमकीला नीला अवक्षेप बनता है जैसा कि Fe 3+ और 4 आयनों की परस्पर क्रिया के मामले में होता है।

लौह-कार्बन मिश्र धातुएँ:लोहे का उपयोग मुख्य रूप से मिश्रधातुओं में किया जाता है, मुख्य रूप से कार्बन (सी) मिश्रधातुओं, विभिन्न कच्चा लोहा और स्टील्स में। कच्चा लोहा में, कार्बन सामग्री वजन के हिसाब से 2.14% से अधिक होती है (आमतौर पर 3.5-4% के स्तर पर), स्टील में कार्बन सामग्री कम होती है (आमतौर पर 0.8-1% के स्तर पर)।

कच्चा लोहा ब्लास्ट भट्टियों में उत्पादित किया जाता है। ब्लास्ट फर्नेस एक विशाल (30-40 मीटर तक ऊँचा) कटा हुआ शंकु होता है, जो अंदर से खोखला होता है। ब्लास्ट फर्नेस की भीतरी दीवारें दुर्दम्य ईंटों से पंक्तिबद्ध हैं; चिनाई की मोटाई कई मीटर है। ऊपर से, समृद्ध (अपशिष्ट चट्टान से मुक्त) लौह अयस्क, कम करने वाला कोक (कोकिंग के अधीन कोयले के विशेष ग्रेड - हवा की पहुंच के बिना लगभग 1000 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर गरम किया जाता है), साथ ही गलाने वाली सामग्री (चूना पत्थर और अन्य) जो बढ़ावा देती हैं पृथक्करण को ट्रॉलियों के साथ ब्लास्ट फर्नेस में लोड किया जाता है। गलाई गई धातु की अशुद्धियों से स्लैग। ब्लास्ट (शुद्ध ऑक्सीजन (O) या ऑक्सीजन से समृद्ध हवा (O)) को नीचे से ब्लास्ट फर्नेस में डाला जाता है। जैसे ही ब्लास्ट फर्नेस में भरी गई सामग्री को नीचे उतारा जाता है, उनका तापमान 1200-1300°C तक बढ़ जाता है। मुख्य रूप से कोक सी और सीओ की भागीदारी के साथ होने वाली कमी प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप:

Fe 2 O 3 + 3C = 2Fe + 3CO;

Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2

धात्विक लोहा प्रकट होता है, जो कार्बन (C) से संतृप्त होता है और नीचे की ओर बहता है।

इस पिघल को समय-समय पर ब्लास्ट भट्टी से एक विशेष उद्घाटन पिंजरे के माध्यम से छोड़ा जाता है और पिघल को विशेष रूपों में जमने दिया जाता है। कच्चा लोहा सफेद, तथाकथित पिग आयरन (इसका उपयोग स्टील बनाने के लिए किया जाता है) और ग्रे, या कच्चा लोहा हो सकता है। सफ़ेद कच्चा लोहा लोहे में कार्बन (C) का एक ठोस घोल है। ग्रे कास्ट आयरन की सूक्ष्म संरचना में, ग्रेफाइट के माइक्रोक्रिस्टल को प्रतिष्ठित किया जा सकता है। ग्रेफाइट की उपस्थिति के कारण ग्रे कास्ट आयरन सफेद कागज पर निशान छोड़ देता है।

कच्चा लोहा नाजुक होता है और प्रभाव पड़ने पर टूट जाता है, इसलिए स्प्रिंग्स, लीफ स्प्रिंग्स, या कोई भी उत्पाद जिसे मोड़ने की आवश्यकता होती है, उसे इससे नहीं बनाया जा सकता है।

ठोस कच्चा लोहा पिघले हुए कच्चे लोहे की तुलना में हल्का होता है, इसलिए जब यह जम जाता है, तो सिकुड़ता नहीं है (जैसा कि धातुओं और मिश्र धातुओं को जमने पर होता है), बल्कि फैलता है। यह सुविधा आपको कच्चे लोहे से विभिन्न कास्टिंग बनाने की अनुमति देती है, जिसमें इसे कलात्मक कास्टिंग के लिए सामग्री के रूप में उपयोग करना भी शामिल है।

यदि कच्चे लोहे में कार्बन की मात्रा (C) 1.0-1.5% तक कम हो जाए तो स्टील बनता है। स्टील्स कार्बन हो सकते हैं (ऐसे स्टील्स में Fe और C के अलावा कोई अन्य घटक नहीं होता है) और मिश्रधातु (ऐसे स्टील्स में क्रोमियम (Cr), निकल (Ni), मोलिब्डेनम (Mo), कोबाल्ट (Co) और अन्य धातुएं होती हैं जो यांत्रिक सुधार करती हैं और स्टील के अन्य गुण)।

स्टील का उत्पादन कच्चा लोहा और धातु स्क्रैप को ऑक्सीजन कनवर्टर, इलेक्ट्रिक आर्क या खुली चूल्हा भट्टियों में संसाधित करके किया जाता है। इस तरह के प्रसंस्करण के साथ, मिश्र धातु में कार्बन (सी) सामग्री आवश्यक स्तर तक कम हो जाती है; जैसा कि वे कहते हैं, अतिरिक्त कार्बन (सी) जल जाता है।

स्टील के भौतिक गुण कच्चा लोहा के गुणों से काफी भिन्न होते हैं: स्टील लोचदार होता है, इसे जाली और लुढ़काया जा सकता है। चूंकि स्टील, कच्चा लोहा के विपरीत, जमने के दौरान सिकुड़ता है, परिणामी स्टील कास्टिंग को रोलिंग मिलों में संपीड़न के अधीन किया जाता है। लुढ़कने के बाद, पिघलने के जमने के दौरान दिखाई देने वाली रिक्तियाँ और गुहाएँ धातु की मात्रा में गायब हो जाती हैं।

रूस में इस्पात उत्पादन की एक लंबी, गहरी परंपरा है, और हमारे धातुकर्मचारियों द्वारा उत्पादित इस्पात उच्च गुणवत्ता का है।

लौह उत्पादन का इतिहास:लोहे ने मानव जाति के भौतिक इतिहास में एक असाधारण भूमिका निभाई है और निभा रहा है। पहला धात्विक लोहा जो मानव के हाथ लगा वह संभवतः उल्कापिंड मूल का था। लौह अयस्क व्यापक हैं और अक्सर पृथ्वी की सतह पर भी पाए जाते हैं, लेकिन सतह पर देशी लोहा अत्यंत दुर्लभ है। संभवतः, कई हज़ार साल पहले, एक व्यक्ति ने देखा था कि आग जलाने के बाद, कुछ मामलों में अयस्क के उन टुकड़ों से लोहे का निर्माण देखा गया था जो गलती से आग में समाप्त हो गए थे। जब आग जलती है, तो अयस्क से लोहे की कमी सीधे कोयले के साथ और दहन के दौरान बनने वाले कार्बन मोनोऑक्साइड (II) CO के साथ प्रतिक्रिया के कारण होती है। अयस्कों से लोहा प्राप्त करने की संभावना को इस तथ्य की खोज से काफी मदद मिली कि जब अयस्क को कोयले के साथ गर्म किया जाता है, तो एक धातु दिखाई देती है, जिसे फोर्जिंग के दौरान और अधिक शुद्ध किया जा सकता है। पनीर उड़ाने की प्रक्रिया का उपयोग करके अयस्क से लोहा निकालने का आविष्कार पश्चिमी एशिया में दूसरी सहस्राब्दी ईसा पूर्व में हुआ था। 9वीं से 7वीं शताब्दी ईसा पूर्व की अवधि, जब यूरोप और एशिया की कई जनजातियों के बीच लौह धातु विज्ञान का विकास हुआ, लौह युग कहलाया, जिसने कांस्य युग का स्थान ले लिया। उड़ाने के तरीकों में सुधार (प्राकृतिक ड्राफ्ट को धौंकनी द्वारा प्रतिस्थापित किया गया था) और फोर्ज की ऊंचाई में वृद्धि (कम-शाफ्ट भट्टियां दिखाई दीं) से कच्चा लोहा का उत्पादन हुआ, जिसे 14 वीं शताब्दी से पश्चिमी यूरोप में व्यापक रूप से गलाना शुरू हुआ। परिणामस्वरूप कच्चा लोहा स्टील में परिवर्तित हो गया। 18वीं शताब्दी के मध्य से, ब्लास्ट फर्नेस प्रक्रिया में चारकोल के स्थान पर कोयला कोक का उपयोग किया जाने लगा। इसके बाद, अयस्कों से लोहा प्राप्त करने के तरीकों में काफी सुधार हुआ, और वर्तमान में इस उद्देश्य के लिए विशेष उपकरणों का उपयोग किया जाता है: ब्लास्ट भट्टियां, ऑक्सीजन कन्वर्टर्स और इलेक्ट्रिक आर्क भट्टियां।

प्रकृति में ढूँढना:लोहा पृथ्वी की पपड़ी में काफी व्यापक है; यह पृथ्वी की पपड़ी के द्रव्यमान का लगभग 4.1% है (सभी तत्वों में चौथा स्थान, धातुओं में दूसरा स्थान)। बड़ी संख्या में लौह युक्त अयस्क और खनिज ज्ञात हैं। सबसे बड़े व्यावहारिक महत्व में लाल लौह अयस्क (हेमेटाइट अयस्क, Fe 2 O 3; 70% Fe तक होता है), चुंबकीय लौह अयस्क (मैग्नेटाइट अयस्क, Fe 3 O 4; 72.4% Fe होता है), भूरे लौह अयस्क (हाइड्रोगोएथाइट अयस्क НFeO) हैं 2 · एनएच 2 ओ), साथ ही स्पार लौह अयस्क (साइडराइट अयस्क, लौह कार्बोनेट, FeCO 3; इसमें लगभग 48% Fe होता है)। प्रकृति में पाइराइट FeS2 के बड़े भंडार भी पाए जाते हैं (अन्य नाम सल्फर पाइराइट, आयरन पाइराइट, आयरन डाइसल्फ़ाइड और अन्य हैं), लेकिन उच्च सल्फर सामग्री वाले अयस्क अभी तक व्यावहारिक महत्व के नहीं हैं। लौह अयस्क भंडार की दृष्टि से रूस विश्व में प्रथम स्थान पर है। समुद्र के पानी में 1·10 5 1·10 8% लोहा होता है।

लोहे, उसकी मिश्रधातुओं और यौगिकों का अनुप्रयोग:शुद्ध लोहे का उपयोग सीमित मात्रा में होता है। इसका उपयोग इलेक्ट्रोमैग्नेट कोर के निर्माण में, रासायनिक प्रक्रियाओं के लिए उत्प्रेरक के रूप में और कुछ अन्य उद्देश्यों के लिए किया जाता है। लेकिन लौह मिश्र धातु - कच्चा लोहा और इस्पात - आधुनिक तकनीक का आधार बनते हैं। कई लौह यौगिकों का भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इस प्रकार, आयरन (III) सल्फेट का उपयोग जल उपचार में किया जाता है, आयरन ऑक्साइड और साइनाइड रंगों के निर्माण में रंगद्रव्य के रूप में काम करते हैं, इत्यादि।

जैविक भूमिका:लोहा सभी पौधों और जानवरों के शरीर में एक सूक्ष्म तत्व के रूप में मौजूद होता है, यानी बहुत कम मात्रा में (औसतन लगभग 0.02%)। हालाँकि, आयरन बैक्टीरिया, जो किमोसिंथेसिस के लिए आयरन (II) के आयरन (III) में ऑक्सीकरण की ऊर्जा का उपयोग करते हैं, अपनी कोशिकाओं में 17-20% तक आयरन जमा कर सकते हैं। लोहे का मुख्य जैविक कार्य ऑक्सीजन (O) परिवहन और ऑक्सीडेटिव प्रक्रियाओं में भागीदारी है। आयरन यह कार्य जटिल प्रोटीन - हेमोप्रोटीन के भाग के रूप में करता है, जिसका कृत्रिम समूह आयरन पोर्फिरिन कॉम्प्लेक्स - हीम है। सबसे महत्वपूर्ण हीमोप्रोटीन में श्वसन वर्णक हीमोग्लोबिन और मायोग्लोबिन, सेलुलर श्वसन, ऑक्सीकरण और प्रकाश संश्लेषण, साइटोक्रोम, कैटलोज़ और पेरोक्साइड एंजाइम और अन्य की प्रतिक्रियाओं में सार्वभौमिक इलेक्ट्रॉन वाहक हैं। कुछ अकशेरुकी जीवों में, लौह युक्त श्वसन वर्णक हेलोएरिथ्रिन और क्लोरोक्रूरिन की संरचना हीमोग्लोबिन से भिन्न होती है। हेमोप्रोटीन के जैवसंश्लेषण के दौरान, आयरन को प्रोटीन फेरिटिन से स्थानांतरित किया जाता है, जो आयरन को संग्रहीत और परिवहन करता है। यह प्रोटीन, जिसके एक अणु में लगभग 4,500 लौह परमाणु होते हैं, स्तनधारियों और मनुष्यों के यकृत, प्लीहा, अस्थि मज्जा और आंतों के म्यूकोसा में केंद्रित होता है। एक व्यक्ति की आयरन की दैनिक आवश्यकता (6-20 मिलीग्राम) प्रचुर मात्रा में भोजन से पूरी होती है (मांस, लीवर, अंडे, ब्रेड, पालक, चुकंदर और अन्य चीजें आयरन से भरपूर होती हैं)। एक औसत व्यक्ति (शरीर का वजन 70 किलो) के शरीर में 4.2 ग्राम आयरन होता है, 1 लीटर रक्त में लगभग 450 मिलीग्राम होता है। जब शरीर में आयरन की कमी हो जाती है, तो ग्रंथि संबंधी एनीमिया विकसित हो जाता है, जिसका इलाज आयरन युक्त दवाओं से किया जाता है। आयरन सप्लीमेंट का उपयोग सामान्य सुदृढ़ीकरण एजेंटों के रूप में भी किया जाता है। आयरन की अत्यधिक खुराक (200 मिलीग्राम या अधिक) विषाक्त प्रभाव डाल सकती है। पौधों के सामान्य विकास के लिए आयरन भी आवश्यक है, यही कारण है कि आयरन की तैयारी पर आधारित सूक्ष्म उर्वरक उपलब्ध हैं।

लोहा एक रासायनिक तत्व है

1. रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी में लोहे की स्थिति और उसके परमाणु की संरचना

आयरन एक समूह VIII d तत्व है; क्रम संख्या – 26; परमाणु भारअर(फ़े ) = 56; परमाणु संरचना: 26 प्रोटॉन; 30 - न्यूट्रॉन; 26-इलेक्ट्रॉन.

परमाणु संरचना आरेख:

इलेक्ट्रॉनिक सूत्र: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2

मध्यम गतिविधि धातु, कम करने वाला एजेंट:

Fe 0 -2 e - → Fe +2 , कम करने वाला एजेंट ऑक्सीकृत होता है

Fe 0 -3 e - → Fe +3 , कम करने वाला एजेंट ऑक्सीकृत होता है

मुख्य ऑक्सीकरण अवस्थाएँ: +2, +3

2. आयरन का प्रचलन

लोहा प्रकृति में सबसे आम तत्वों में से एक है . पृथ्वी की पपड़ी में इसका द्रव्यमान अंश 5.1% है, इस सूचक के अनुसार यह ऑक्सीजन, सिलिकॉन और एल्यूमीनियम के बाद दूसरे स्थान पर है. जैसा कि वर्णक्रमीय विश्लेषण द्वारा निर्धारित किया गया है, आकाशीय पिंडों में बहुत सारा लोहा भी पाया जाता है। लूना स्वचालित स्टेशन द्वारा वितरित चंद्र मिट्टी के नमूनों में, लोहा अनऑक्सीडाइज्ड अवस्था में पाया गया।

लौह अयस्क पृथ्वी पर काफी व्यापक रूप से फैले हुए हैं। उरल्स में पहाड़ों के नाम अपने लिए बोलते हैं: वैसोकाया, मैग्निटनाया, ज़ेलेज़्नाया। कृषि रसायनज्ञ मिट्टी में लौह यौगिक पाते हैं।

लोहा अधिकांश चट्टानों का एक घटक है। लोहा प्राप्त करने के लिए 30-70% या अधिक लौह सामग्री वाले लौह अयस्कों का उपयोग किया जाता है।

प्रमुख लौह अयस्क हैं :

मैग्नेटाइट(चुंबकीय लौह अयस्क) – Fe3O4इसमें 72% लोहा होता है, जमा दक्षिणी यूराल, कुर्स्क चुंबकीय विसंगति में पाए जाते हैं:

हेमेटाइट(लोहे की चमक, रक्तपत्थर)- Fe2O3इसमें 65% तक लोहा होता है, ऐसे भंडार क्रिवॉय रोग क्षेत्र में पाए जाते हैं:

लिमोनाईट(भूरा लौह अयस्क) – Fe 2 O 3* nH 2 Oइसमें 60% तक लोहा होता है, जमा क्रीमिया में पाए जाते हैं:

पाइराइट(सल्फर पाइराइट, आयरन पाइराइट, कैट गोल्ड) - FeS2इसमें लगभग 47% लोहा होता है, जमा उरल्स में पाए जाते हैं।

3. मनुष्य और पौधों के जीवन में लोहे की भूमिका

जैव रसायनशास्त्रियों ने पौधों, जानवरों और मनुष्यों के जीवन में लोहे की महत्वपूर्ण भूमिका की खोज की है। हीमोग्लोबिन नामक एक अत्यंत जटिल कार्बनिक यौगिक का हिस्सा होने के कारण, लोहा इस पदार्थ का लाल रंग निर्धारित करता है, जो बदले में मानव और पशु रक्त का रंग निर्धारित करता है। एक वयस्क के शरीर में 3 ग्राम शुद्ध आयरन होता है, जिसका 75% हीमोग्लोबिन का हिस्सा होता है। हीमोग्लोबिन की मुख्य भूमिका फेफड़ों से ऊतकों तक ऑक्सीजन पहुंचाना है, और विपरीत दिशा में - CO2।

पौधों को भी लोहे की आवश्यकता होती है। यह साइटोप्लाज्म का हिस्सा है और प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में भाग लेता है। ऐसे सब्सट्रेट पर उगाए गए पौधे जिनमें आयरन नहीं होता है उनकी पत्तियाँ सफेद होती हैं। सब्सट्रेट में थोड़ा सा लौह मिलाने से वे हरे हो जाते हैं। इसके अलावा, लोहे से युक्त नमक के घोल के साथ एक सफेद चादर को चिकना करना उचित है, और जल्द ही दाग ​​वाला क्षेत्र हरा हो जाएगा।

तो, इसी कारण से - रस और ऊतकों में लोहे की उपस्थिति - पौधों की पत्तियाँ प्रसन्नतापूर्वक हरी हो जाती हैं और एक व्यक्ति के गाल चमकीले लाल हो जाते हैं।

4. लोहे के भौतिक गुण.

लोहा 1539 डिग्री सेल्सियस के पिघलने बिंदु के साथ एक चांदी-सफेद धातु है। यह बहुत लचीला है, इसलिए इसे आसानी से संसाधित किया जाता है, जाली बनाया जाता है, लुढ़काया जाता है, मुद्रांकित किया जाता है। लोहे में चुम्बकित और विचुम्बकित होने की क्षमता होती है, इसलिए इसका उपयोग विभिन्न विद्युत मशीनों और उपकरणों में विद्युत चुम्बक कोर के रूप में किया जाता है। इसे थर्मल और मैकेनिकल तरीकों से अधिक ताकत और कठोरता दी जा सकती है, उदाहरण के लिए, सख्त और रोलिंग द्वारा।

रासायनिक रूप से शुद्ध और तकनीकी रूप से शुद्ध लोहा होता है। तकनीकी रूप से शुद्ध लोहा अनिवार्य रूप से कम कार्बन वाला स्टील है; इसमें 0.02-0.04% कार्बन होता है, और इससे भी कम ऑक्सीजन, सल्फर, नाइट्रोजन और फास्फोरस होता है। रासायनिक रूप से शुद्ध लोहे में 0.01% से कम अशुद्धियाँ होती हैं। रासायनिक रूप से शुद्ध लोहा -सिल्वर-ग्रे, चमकदार धातु, दिखने में प्लैटिनम के समान। रासायनिक रूप से शुद्ध लोहा संक्षारण प्रतिरोधी होता है और इसमें एसिड के प्रति अच्छा प्रतिरोध होता है। हालाँकि, नगण्य मात्रा में अशुद्धियाँ इसे इन बहुमूल्य गुणों से वंचित कर देती हैं।

5. लोहा प्राप्त करना

कोयले या कार्बन मोनोऑक्साइड (II), साथ ही हाइड्रोजन के साथ ऑक्साइड से कमी:

FeO + C = Fe + CO

Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2

Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O

प्रयोग "एल्युमिनोथर्मी द्वारा लोहे का उत्पादन"

6. लोहे के रासायनिक गुण

द्वितीयक उपसमूह तत्व के रूप में, लोहा कई ऑक्सीकरण अवस्थाएँ प्रदर्शित कर सकता है। हम केवल उन यौगिकों पर विचार करेंगे जिनमें लोहा ऑक्सीकरण अवस्था +2 और +3 प्रदर्शित करता है। इस प्रकार, हम कह सकते हैं कि लोहे में यौगिकों की दो श्रृंखलाएँ हैं, जिनमें यह di- और त्रिसंयोजक है।

1)हवा में नमी की उपस्थिति में लोहा आसानी से ऑक्सीकृत हो जाता है (जंग लग जाता है):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O = 4Fe(OH) 3

2) गर्म लोहे का तार ऑक्सीजन में जलता है, जिससे स्केल बनता है - आयरन ऑक्साइड (II,III) - एक काला पदार्थ:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

सीनम हवा में ऑक्सीजन बनती है फ़े 2 हे 3 * राष्ट्रीय राजमार्ग 2 हे

प्रयोग "ऑक्सीजन के साथ लोहे की परस्पर क्रिया"

3) उच्च तापमान (700-900 डिग्री सेल्सियस) पर, लोहा जल वाष्प के साथ प्रतिक्रिया करता है:

3Fe + 4H 2 O t˚C → Fe 3 O 4 + 4H 2

4) गर्म करने पर लोहा अधातुओं के साथ प्रतिक्रिया करता है:

Fe + S t˚C → FeS

5) सामान्य परिस्थितियों में आयरन हाइड्रोक्लोरिक और तनु सल्फ्यूरिक एसिड में आसानी से घुल जाता है:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2

Fe + H 2 SO 4 (पतला) = FeSO 4 + H 2

6) गर्म करने पर ही लोहा सांद्र ऑक्सीकारक अम्लों में घुलता है

2Fe + 6H 2 SO 4 (सांद्र) .) t˚C → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3 (सांद्र) .) t˚C → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 Oआयरन(III)

7. लोहे का प्रयोग.

दुनिया में उत्पादित लोहे का बड़ा हिस्सा कच्चा लोहा और स्टील - कार्बन और अन्य धातुओं के साथ लोहे की मिश्र धातु - का उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जाता है। कच्चा लोहा में लगभग 4% कार्बन होता है। स्टील में 1.4% से कम कार्बन होता है।

विभिन्न कास्टिंग - भारी मशीन फ्रेम आदि के उत्पादन के लिए कच्चा लोहा आवश्यक है।

कच्चा लोहा उत्पाद

स्टील का उपयोग मशीनें, विभिन्न निर्माण सामग्री, बीम, शीट, रोल्ड उत्पाद, रेल, उपकरण और कई अन्य उत्पाद बनाने के लिए किया जाता है। स्टील के विभिन्न ग्रेड का उत्पादन करने के लिए, तथाकथित मिश्र धातु योजक का उपयोग किया जाता है, जो विभिन्न धातुएं हैं: एम

सिम्युलेटर नंबर 2 - आनुवंशिक श्रृंखला Fe 3+

सिम्युलेटर नंबर 3 - सरल और जटिल पदार्थों के साथ लोहे की प्रतिक्रियाओं के समीकरण

समेकन के लिए कार्य

नंबर 1. एक कम करने वाले एजेंट के रूप में उपयोग करके इसके ऑक्साइड Fe 2 O 3 और Fe 3 O 4 से लोहे के उत्पादन के लिए प्रतिक्रिया समीकरण लिखें:
ए) हाइड्रोजन;
बी) एल्यूमीनियम;
ग) कार्बन मोनोऑक्साइड (II)।
प्रत्येक प्रतिक्रिया के लिए, एक इलेक्ट्रॉनिक संतुलन बनाएं।

नंबर 2. योजना के अनुसार परिवर्तन करें:
Fe 2 O 3 -> Fe - +H2O, t -> X - +CO, t -> Y - +HCl ->Z
उत्पादों के नाम X, Y, Z बताएं?

एल्यूमीनियम के बाद लोहा पृथ्वी की पपड़ी में सबसे आम धातुओं में से एक माना जाता है। इसके भौतिक और रासायनिक गुण ऐसे हैं कि इसमें उत्कृष्ट विद्युत चालकता, थर्मल चालकता और लचीलापन है, इसमें चांदी-सफेद रंग और उच्च रासायनिक प्रतिक्रियाशीलता है और उच्च आर्द्रता या उच्च तापमान पर जल्दी से खराब हो सकता है। सूक्ष्म रूप से प्रकीर्णित अवस्था में होने के कारण यह शुद्ध ऑक्सीजन में जलता है और हवा में स्वतः ही प्रज्वलित हो जाता है।

लोहे के इतिहास की शुरुआत

तीसरी सहस्राब्दी ईसा पूर्व में। इ। लोगों ने खनन करना शुरू किया और कांस्य और तांबे का प्रसंस्करण करना सीखा। उनकी उच्च लागत के कारण उनका व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया गया। नई धातु की खोज जारी रही। लोहे का इतिहास पहली शताब्दी ईसा पूर्व में शुरू हुआ। इ। प्रकृति में, यह केवल ऑक्सीजन के साथ यौगिकों के रूप में पाया जा सकता है। शुद्ध धातु प्राप्त करने के लिए अंतिम तत्व को अलग करना आवश्यक है। लोहे को पिघलाने में काफी समय लगा, क्योंकि इसे 1539 डिग्री तक गर्म करना पड़ता था। और केवल पहली सहस्राब्दी ईसा पूर्व में पनीर बनाने वाली भट्टियों के आगमन के साथ ही उन्होंने इस धातु को प्राप्त करना शुरू कर दिया। पहले तो यह नाजुक था और इसमें बहुत सारा कचरा था।

फोर्जों के आगमन के साथ, लोहे की गुणवत्ता में काफी सुधार हुआ। इसे आगे एक लोहार में संसाधित किया गया, जहां स्लैग को हथौड़े के वार से अलग किया गया। फोर्जिंग धातु प्रसंस्करण के मुख्य प्रकारों में से एक बन गया है, और लोहार उत्पादन की एक अनिवार्य शाखा बन गया है। अपने शुद्ध रूप में लोहा एक बहुत नरम धातु है। इसका उपयोग मुख्यतः कार्बन के साथ मिश्रधातु में किया जाता है। यह योजक लोहे की कठोरता जैसे भौतिक गुण को बढ़ाता है। सस्ती सामग्री जल्द ही मानव गतिविधि के सभी क्षेत्रों में व्यापक रूप से प्रवेश कर गई और समाज के विकास में क्रांति ला दी। आख़िरकार, प्राचीन काल में भी, लोहे के उत्पाद सोने की मोटी परत से ढके होते थे। उत्कृष्ट धातु की तुलना में इसकी कीमत अधिक थी।

प्रकृति में लोहा

स्थलमंडल में लोहे की तुलना में अधिक एल्युमीनियम होता है। प्रकृति में यह केवल यौगिकों के रूप में ही पाया जा सकता है। फेरिक आयरन प्रतिक्रिया करके मिट्टी को भूरा कर देता है और रेत को पीला रंग दे देता है। आयरन ऑक्साइड और सल्फाइड पृथ्वी की पपड़ी में बिखरे हुए हैं, कभी-कभी खनिजों का संचय होता है, जिससे बाद में धातु निकाली जाती है। कुछ खनिज झरनों में लौह लौह की मात्रा पानी को एक विशेष स्वाद देती है।

पुराने पानी के पाइपों से बहने वाला जंग लगा पानी त्रिसंयोजी धातु के रंग का होता है। इसके परमाणु मानव शरीर में भी पाए जाते हैं। वे रक्त में हीमोग्लोबिन (आयरन युक्त प्रोटीन) में पाए जाते हैं, जो शरीर को ऑक्सीजन की आपूर्ति करता है और कार्बन डाइऑक्साइड को हटाता है। कुछ उल्कापिंडों में शुद्ध लोहा होता है, कभी-कभी पूरी सिल्लियां पाई जाती हैं।

लोहे में कौन से भौतिक गुण होते हैं?

यह भूरे रंग की टिंट और धात्विक चमक के साथ एक नमनीय चांदी-सफेद धातु है। यह विद्युत धारा और ऊष्मा का अच्छा संवाहक है। अपनी लचीलेपन के कारण, यह फोर्जिंग और रोलिंग में पूरी तरह से सक्षम है। लोहा पानी में नहीं घुलता, बल्कि पारे में द्रवित हो जाता है, 1539 के तापमान पर पिघलता है और 2862 डिग्री सेल्सियस पर उबलता है, और इसका घनत्व 7.9 ग्राम/सेमी³ होता है। लोहे के भौतिक गुणों की एक ख़ासियत यह है कि धातु चुंबक द्वारा आकर्षित होती है और बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के रद्द होने के बाद भी चुंबकत्व बनाए रखती है। इन गुणों का उपयोग करके इसका उपयोग चुम्बक बनाने में किया जा सकता है।

रासायनिक गुण

आयरन में निम्नलिखित गुण होते हैं:

• हवा और पानी में यह आसानी से ऑक्सीकृत हो जाता है, जंग से ढक जाता है;
• ऑक्सीजन में, गर्म तार जलता है (और आयरन ऑक्साइड के रूप में स्केल बनता है);
• 700-900 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, यह जल वाष्प के साथ प्रतिक्रिया करता है;
• गर्म होने पर, गैर-धातुओं (क्लोरीन, सल्फर, ब्रोमीन) के साथ प्रतिक्रिया करता है;
• तनु अम्लों के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिसके परिणामस्वरूप लौह लवण और हाइड्रोजन बनते हैं;
• क्षार में नहीं घुलता;
• धातुओं को उनके लवणों के घोल से विस्थापित करने में सक्षम है (कॉपर सल्फेट के घोल में एक लोहे की कील लाल कोटिंग से ढक जाती है - यह तांबे की रिहाई है);
• सांद्र क्षार में उबालने पर लोहे की उभयचरता प्रकट होती है।

फ़ीचर गुण

लोहे के भौतिक गुणों में से एक लौहचुंबकीयता है। व्यवहार में, इस सामग्री के चुंबकीय गुण अक्सर सामने आते हैं। यह एकमात्र धातु है जिसमें ऐसी दुर्लभ विशेषता है।

चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में लोहा चुम्बकित हो जाता है। धातु अपने निर्मित चुंबकीय गुणों को लंबे समय तक बरकरार रखती है और स्वयं एक चुंबक बनी रहती है। इस असाधारण घटना को इस तथ्य से समझाया गया है कि लोहे की संरचना में बड़ी संख्या में मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं जो गति कर सकते हैं।

भण्डार एवं उत्पादन

पृथ्वी पर सबसे आम तत्वों में से एक लोहा है। पृथ्वी की पपड़ी में सामग्री की दृष्टि से यह चौथे स्थान पर है। ऐसे कई ज्ञात अयस्क हैं जिनमें यह शामिल है, उदाहरण के लिए, चुंबकीय और भूरा लौह अयस्क। उद्योग में धातु का उत्पादन मुख्य रूप से ब्लास्ट फर्नेस प्रक्रिया का उपयोग करके हेमेटाइट और मैग्नेटाइट अयस्कों से किया जाता है। सबसे पहले, इसे 2000 डिग्री सेल्सियस के उच्च तापमान पर भट्ठी में कार्बन के साथ कम किया जाता है।

ऐसा करने के लिए, लौह अयस्क, कोक और फ्लक्स को ऊपर से ब्लास्ट फर्नेस में डाला जाता है, और नीचे से गर्म हवा की एक धारा डाली जाती है। लौह प्राप्त करने के लिए एक सीधी प्रक्रिया का भी उपयोग किया जाता है। कुचले हुए अयस्क को विशेष मिट्टी के साथ मिलाकर गोलियां बनाई जाती हैं। इसके बाद, उन्हें एक शाफ्ट भट्ठी में हाइड्रोजन के साथ जलाया और उपचारित किया जाता है, जहां इसे आसानी से बहाल किया जाता है। वे ठोस लोहा प्राप्त करते हैं और फिर उसे विद्युत भट्टियों में पिघलाते हैं। जलीय नमक के घोल के इलेक्ट्रोलिसिस का उपयोग करके ऑक्साइड से शुद्ध धातु को कम किया जाता है।

आयरन के फायदे

लौह पदार्थ के मूल भौतिक गुण इसे और इसके मिश्र धातुओं को अन्य धातुओं की तुलना में निम्नलिखित लाभ देते हैं:

कमियां

बड़ी संख्या में सकारात्मक गुणों के अलावा, धातु के कई नकारात्मक गुण भी हैं:

• उत्पाद संक्षारण के प्रति संवेदनशील होते हैं। इस अवांछनीय प्रभाव को खत्म करने के लिए, मिश्रधातु द्वारा स्टेनलेस स्टील का उत्पादन किया जाता है, और अन्य मामलों में, संरचनाओं और भागों पर विशेष जंग-रोधी उपचार किया जाता है।
• लोहा स्थैतिक बिजली जमा करता है, इसलिए इसमें मौजूद उत्पाद इलेक्ट्रोकेमिकल जंग के अधीन होते हैं और अतिरिक्त प्रसंस्करण की भी आवश्यकता होती है।
• धातु का विशिष्ट गुरुत्व 7.13 ग्राम/सेमी³ है। लोहे का यह भौतिक गुण संरचनाओं और भागों को बढ़ा हुआ वजन देता है।

रचना और संरचना

लोहे में चार क्रिस्टलीय संशोधन होते हैं जो संरचना और जाली मापदंडों में भिन्न होते हैं। मिश्रधातुओं के गलाने के लिए, चरण संक्रमण और मिश्रधातु योजकों की उपस्थिति का महत्वपूर्ण महत्व है। निम्नलिखित राज्य प्रतिष्ठित हैं:

• अल्फ़ा चरण. यह 769 डिग्री सेल्सियस तक रहता है। इस अवस्था में, लोहा लौहचुंबक के गुणों को बरकरार रखता है और इसमें शरीर-केंद्रित घन जाली होती है।
• बीटा चरण. 769 से 917 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर मौजूद रहता है। इसमें पहले मामले की तुलना में थोड़ा अलग जाली पैरामीटर हैं। लोहे के सभी भौतिक गुण वही रहते हैं, चुंबकीय गुणों को छोड़कर, जो वह खो देता है।
• गामा चरण. जाली की संरचना मुख-केन्द्रित हो जाती है। यह चरण 917-1394 डिग्री सेल्सियस की सीमा में दिखाई देता है।
• ओमेगा चरण. धातु की यह अवस्था 1394 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर दिखाई देती है। यह पिछले वाले से केवल जाली मापदंडों में भिन्न है।

लोहा दुनिया में सबसे अधिक मांग वाली धातु है। समस्त धातुकर्म उत्पादन का 90 प्रतिशत से अधिक भाग इसी पर पड़ता है।

आवेदन

लोगों ने सबसे पहले उल्कापिंड लोहे का उपयोग करना शुरू किया, जिसका मूल्य सोने से भी अधिक था। तब से, इस धातु का दायरा केवल विस्तारित हुआ है। भौतिक गुणों के आधार पर लोहे के उपयोग निम्नलिखित हैं:

• फेरोमैग्नेटिक ऑक्साइड का उपयोग चुंबकीय सामग्री के उत्पादन के लिए किया जाता है: औद्योगिक प्रतिष्ठान, रेफ्रिजरेटर, स्मृति चिन्ह;
• लौह आक्साइड का उपयोग खनिज पेंट के रूप में किया जाता है;
• शौकिया रेडियो अभ्यास में फेरिक क्लोराइड अपरिहार्य है;
• कपड़ा उद्योग में फेरस सल्फेट्स का उपयोग किया जाता है;
• चुंबकीय आयरन ऑक्साइड दीर्घकालिक कंप्यूटर मेमोरी उपकरणों के उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण सामग्रियों में से एक है;
• काले और सफेद लेजर प्रिंटर में अल्ट्राफाइन आयरन पाउडर का उपयोग किया जाता है;
• धातु की ताकत से हथियार और कवच का निर्माण संभव हो जाता है;
• पहनने के लिए प्रतिरोधी कच्चा लोहा का उपयोग ब्रेक, क्लच डिस्क और पंपों के लिए भागों के उत्पादन के लिए किया जा सकता है;
• गर्मी प्रतिरोधी - ब्लास्ट भट्टियों, थर्मल भट्टियों, खुली चूल्हा भट्टियों के लिए;
• गर्मी प्रतिरोधी - कंप्रेसर उपकरण, डीजल इंजन के लिए;
• उच्च गुणवत्ता वाले स्टील का उपयोग गैस पाइपलाइनों, हीटिंग बॉयलर, ड्रायर, वॉशिंग मशीन और डिशवॉशर के आवरण के लिए किया जाता है।

निष्कर्ष

लोहे का मतलब अक्सर धातु से नहीं, बल्कि उसके मिश्र धातु - कम कार्बन वाले विद्युत स्टील से होता है। शुद्ध लोहा प्राप्त करना एक जटिल प्रक्रिया है, और इसलिए इसका उपयोग केवल चुंबकीय सामग्री के उत्पादन के लिए किया जाता है। जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, साधारण पदार्थ लोहे की असाधारण भौतिक संपत्ति लौहचुंबकत्व है, यानी चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में चुंबकित होने की क्षमता।

शुद्ध धातु के चुंबकीय गुण तकनीकी स्टील की तुलना में 200 गुना अधिक होते हैं। यह गुण धातु के दाने के आकार से भी प्रभावित होता है। अनाज जितना बड़ा होगा, चुंबकीय गुण उतने ही अधिक होंगे। यांत्रिक प्रसंस्करण का भी कुछ हद तक प्रभाव पड़ता है। ऐसा शुद्ध लोहा जो इन आवश्यकताओं को पूरा करता है, चुंबकीय सामग्री का उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जाता है।

उच्च रासायनिक प्रतिक्रियाशीलता वाली एक निंदनीय, चांदी-सफेद धातु: उच्च तापमान या उच्च आर्द्रता के संपर्क में आने पर लोहा जल्दी से खराब हो जाता है। लोहा शुद्ध ऑक्सीजन में जलता है, और सूक्ष्म रूप से बिखरी हुई अवस्था में यह हवा में स्वतः ही प्रज्वलित हो जाता है। प्रतीक Fe (लैटिन फेरम) द्वारा दर्शाया गया है। पृथ्वी की पपड़ी में सबसे आम धातुओं में से एक (इसके बाद दूसरा स्थान)।

यह सभी देखें:

संरचना

लोहे के लिए कई बहुरूपी संशोधन स्थापित किए गए हैं, जिनमें से उच्च तापमान संशोधन - γ-Fe (906° से ऊपर) Cu प्रकार (a 0 = 3.63) के फलक-केंद्रित घन की एक जाली बनाता है, और निम्न तापमान संशोधन - α-Fe प्रकार के एक केन्द्रित घन की α-Fe जाली ( a 0 = 2.86)।
ताप तापमान के आधार पर, लोहे को तीन संशोधनों में पाया जा सकता है, जो विभिन्न क्रिस्टल जाली संरचनाओं की विशेषता रखते हैं:

1. न्यूनतम से 910°C तक के तापमान में - ए-फेराइट (अल्फा फेराइट), जिसमें एक केन्द्रित घन के रूप में एक क्रिस्टल जाली संरचना होती है;
2. 910 से 1390 डिग्री सेल्सियस के तापमान रेंज में - ऑस्टेनाइट, क्रिस्टल जाली जिसमें एक चेहरा-केंद्रित घन की संरचना होती है;
3. 1390 से 1535°C (गलनांक) तक के तापमान में - डी-फेराइट (डेल्टा फेराइट)। डी-फेराइट की क्रिस्टल जाली ए-फेराइट के समान ही होती है। उनके बीच एकमात्र अंतर परमाणुओं के बीच अलग-अलग (डी-फेराइट के लिए बड़ी) दूरी है।

जब तरल लोहे को ठंडा किया जाता है, तो प्राथमिक क्रिस्टल (क्रिस्टलीकरण केंद्र) ठंडी मात्रा में कई बिंदुओं पर एक साथ दिखाई देते हैं। बाद में शीतलन के साथ, प्रत्येक केंद्र के चारों ओर नई क्रिस्टलीय कोशिकाएं बनाई जाती हैं जब तक कि तरल धातु की पूरी आपूर्ति समाप्त नहीं हो जाती।
परिणाम धातु की एक दानेदार संरचना है। प्रत्येक दाने में अपनी धुरी की एक निश्चित दिशा के साथ एक क्रिस्टल जाली होती है।
ठोस लोहे के ठंडा होने के बाद, डी-फेराइट से ऑस्टेनाइट और ऑस्टेनाइट से ए-फेराइट में संक्रमण के दौरान, अनाज के आकार में संबंधित परिवर्तन के साथ नए क्रिस्टलीकरण केंद्र दिखाई दे सकते हैं।

गुण

सामान्य परिस्थितियों में अपने शुद्ध रूप में यह एक ठोस है। इसमें सिल्वर-ग्रे रंग और स्पष्ट धात्विक चमक है। लोहे के यांत्रिक गुणों में मोह पैमाने पर इसकी कठोरता का स्तर शामिल है। यह चार (औसत) के बराबर है। लोहे में अच्छी विद्युत और तापीय चालकता होती है। आखिरी विशेषता ठंडे कमरे में किसी लोहे की वस्तु को छूकर महसूस की जा सकती है। क्योंकि यह सामग्री तेजी से गर्मी का संचालन करती है, इसलिए यह कम समय में आपकी त्वचा से इसका अधिकांश भाग निकाल देती है, जिससे आपको ठंड महसूस होती है।
यदि आप, उदाहरण के लिए, लकड़ी को छूते हैं, तो आप देखेंगे कि इसकी तापीय चालकता बहुत कम है। लोहे के भौतिक गुणों में उसके गलनांक और क्वथनांक शामिल हैं। पहला 1539 डिग्री सेल्सियस, दूसरा 2860 डिग्री सेल्सियस. हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि लोहे के विशिष्ट गुण अच्छे लचीलेपन और घुलनशीलता हैं। लेकिन वह सब नहीं है। इसके अलावा, लोहे के भौतिक गुणों में इसका लौहचुम्बकत्व भी शामिल है। यह क्या है? लोहा, जिसके चुंबकीय गुणों को हम हर दिन व्यावहारिक उदाहरणों में देख सकते हैं, एकमात्र धातु है जिसमें ऐसी अनूठी विशिष्ट विशेषता होती है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि यह सामग्री चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में चुंबकत्व करने में सक्षम है। और बाद की क्रिया के अंत के बाद, लोहा, जिसके चुंबकीय गुण अभी बने हैं, लंबे समय तक चुंबक बना रहता है। इस घटना को इस तथ्य से समझाया जा सकता है कि इस धातु की संरचना में कई मुक्त इलेक्ट्रॉन हैं जो गति करने में सक्षम हैं।

भण्डार एवं उत्पादन

लोहा सौर मंडल में सबसे आम तत्वों में से एक है, विशेषकर स्थलीय ग्रहों पर, विशेष रूप से पृथ्वी पर। स्थलीय ग्रहों के लोहे का एक महत्वपूर्ण हिस्सा ग्रहों के कोर में स्थित है, जहां इसकी सामग्री लगभग 90% होने का अनुमान है। पृथ्वी की पपड़ी में लोहे की मात्रा 5% और मेंटल में लगभग 12% है।

पृथ्वी की पपड़ी में लोहा काफी व्यापक है - यह पृथ्वी की पपड़ी के द्रव्यमान का लगभग 4.1% है (सभी तत्वों में चौथा स्थान, धातुओं में दूसरा स्थान)। मेंटल और क्रस्ट में, लोहा मुख्य रूप से सिलिकेट्स में केंद्रित होता है, जबकि इसकी सामग्री बुनियादी और अल्ट्राबेसिक चट्टानों में महत्वपूर्ण होती है, और अम्लीय और मध्यवर्ती चट्टानों में कम होती है।
बड़ी संख्या में लौह युक्त अयस्क और खनिज ज्ञात हैं। सबसे अधिक व्यावहारिक महत्व के हैं लाल लौह अयस्क (हेमेटाइट, Fe2O3; इसमें 70% Fe तक होता है), चुंबकीय लौह अयस्क (मैग्नेटाइट, FeFe 2 O 4, Fe 3 O 4; इसमें 72.4% Fe होता है), भूरा लौह अयस्क या लिमोनाइट (गोइथाइट) और हाइड्रोगोइथाइट, FeOOH और FeOOH nH 2 O, क्रमशः)। गोएथाइट और हाइड्रोगोएथाइट अक्सर अपक्षय क्रस्ट में पाए जाते हैं, जो तथाकथित "लोहे की टोपियाँ" बनाते हैं, जिनकी मोटाई कई सौ मीटर तक पहुँच जाती है। वे तलछटी मूल के भी हो सकते हैं, जो झीलों या समुद्र के तटीय क्षेत्रों में कोलाइडल घोल से गिरते हैं। इस मामले में, ओओलिटिक, या फलियां, लौह अयस्क बनते हैं। विवियनाइट Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O अक्सर उनमें पाया जाता है, जो काले लम्बे क्रिस्टल और रेडियल समुच्चय का निर्माण करता है।
समुद्री जल में लौह तत्व 1·10−5 -1·10−8% है
उद्योग में, लोहा लौह अयस्क से प्राप्त होता है, मुख्य रूप से हेमेटाइट (Fe 2 O 3) और मैग्नेटाइट (FeO Fe 2 O 3) से।
अयस्कों से लोहा निकालने के विभिन्न तरीके हैं। सबसे आम डोमेन प्रक्रिया है.
उत्पादन का पहला चरण 2000 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर ब्लास्ट फर्नेस में कार्बन के साथ लोहे की कमी है। ब्लास्ट फर्नेस में, कोक के रूप में कार्बन, एग्लोमरेट या छर्रों के रूप में लौह अयस्क, और फ्लक्स (जैसे चूना पत्थर) को ऊपर से खिलाया जाता है, और नीचे से मजबूर गर्म हवा की धारा से मिलते हैं।
ब्लास्ट फर्नेस प्रक्रिया के अलावा, प्रत्यक्ष लौह उत्पादन की प्रक्रिया आम है। इस मामले में, पहले से कुचले हुए अयस्क को विशेष मिट्टी के साथ मिलाया जाता है, जिससे छर्रों का निर्माण होता है। छर्रों को शाफ्ट भट्टी में गर्म मीथेन रूपांतरण उत्पादों के साथ जलाया और उपचारित किया जाता है, जिसमें हाइड्रोजन होता है। हाइड्रोजन लोहे को सल्फर और फास्फोरस जैसी अशुद्धियों से दूषित किए बिना आसानी से लोहे को कम कर देता है, जो कोयले में आम अशुद्धियाँ हैं। लोहा ठोस रूप में प्राप्त किया जाता है और बाद में इसे विद्युत भट्टियों में पिघलाया जाता है। रासायनिक रूप से शुद्ध लोहा इसके लवणों के विलयन के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त किया जाता है।

मूल

मूल टेल्यूरिक (स्थलीय) लोहा शायद ही कभी बेसाल्ट लावा (उइफ़ाक, डिस्को द्वीप, ग्रीनलैंड के पश्चिमी तट पर, कैसल, जर्मनी के पास) में पाया जाता है। दोनों बिंदुओं पर, पाइरोटाइट (Fe 1-x S) और कोहेनाइट (Fe 3 C) इसके साथ जुड़े हुए हैं, जिसे कार्बन द्वारा कमी (मेजबान चट्टानों सहित) और Fe जैसे कार्बोनिल कॉम्प्लेक्स के अपघटन दोनों द्वारा समझाया गया है। सीओ) एन. सूक्ष्म कणों में, यह एक से अधिक बार परिवर्तित (सर्पेन्टाइनाइज्ड) अल्ट्राबेसिक चट्टानों में, पाइरोटाइट के साथ पैराजेनेसिस में, कभी-कभी मैग्नेटाइट के साथ स्थापित किया गया है, जिसके कारण यह कमी प्रतिक्रियाओं के दौरान उत्पन्न होता है। दलदली अयस्कों के निर्माण के दौरान, अयस्क जमा के ऑक्सीकरण क्षेत्र में बहुत कम पाया जाता है। हाइड्रोजन और हाइड्रोकार्बन के साथ लौह यौगिकों की कमी से जुड़े निष्कर्ष तलछटी चट्टानों में दर्ज किए गए हैं।
चंद्र मिट्टी में लगभग शुद्ध लोहा पाया गया, जो उल्कापिंड गिरने और जादुई प्रक्रियाओं दोनों से जुड़ा है। अंत में, उल्कापिंडों के दो वर्ग - पत्थर-लोहा और लोहा - में चट्टान बनाने वाले घटक के रूप में प्राकृतिक लौह मिश्र धातु होते हैं।

आवेदन

लोहा सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली धातुओं में से एक है, जिसका वैश्विक धातुकर्म उत्पादन में 95% तक योगदान है।
लोहा स्टील और कच्चा लोहा का मुख्य घटक है - सबसे महत्वपूर्ण संरचनात्मक सामग्री।
लोहा अन्य धातुओं पर आधारित मिश्रधातु का हिस्सा हो सकता है - उदाहरण के लिए, निकल।
मैग्नेटिक आयरन ऑक्साइड (मैग्नेटाइट) दीर्घकालिक कंप्यूटर मेमोरी उपकरणों के उत्पादन में एक महत्वपूर्ण सामग्री है: हार्ड ड्राइव, फ्लॉपी डिस्क, आदि।
अल्ट्राफाइन मैग्नेटाइट पाउडर का उपयोग टोनर के रूप में पॉलिमर ग्रैन्यूल के साथ मिश्रित कई काले और सफेद लेजर प्रिंटर में किया जाता है। इसमें मैग्नेटाइट के काले रंग और मैग्नेटाइज्ड ट्रांसफर रोलर से चिपकने की क्षमता दोनों का उपयोग किया जाता है।
कई लौह-आधारित मिश्र धातुओं के अद्वितीय लौहचुंबकीय गुण ट्रांसफार्मर और इलेक्ट्रिक मोटरों के चुंबकीय कोर के लिए इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में उनके व्यापक उपयोग में योगदान करते हैं।
आयरन (III) क्लोराइड (फेरिक क्लोराइड) का उपयोग शौकिया रेडियो अभ्यास में मुद्रित सर्किट बोर्डों पर नक्काशी के लिए किया जाता है।
कॉपर सल्फेट के साथ मिश्रित फेरस सल्फेट हेप्टेट (फेरस सल्फेट) का उपयोग बागवानी और निर्माण में हानिकारक कवक से निपटने के लिए किया जाता है।
आयरन का उपयोग आयरन-निकल बैटरी और आयरन-एयर बैटरी में एनोड के रूप में किया जाता है।
औद्योगिक उद्यमों के जल उपचार में प्राकृतिक और अपशिष्ट जल की शुद्धि प्रक्रियाओं में फेरस और फेरिक क्लोराइड के जलीय घोल, साथ ही इसके सल्फेट्स का उपयोग कौयगुलांट के रूप में किया जाता है।

लोहा - Fe

वर्गीकरण

अरे, CIM Ref1.57

स्ट्रुन्ज़ (8वां संस्करण)	1/अ.07-10
निकेल-स्ट्रुन्ज़ (10वां संस्करण)	1.एई.05
दाना (सातवां संस्करण)	1.1.17.1