เมนเดเลเยฟ. เคมีของธาตุ VIII B ของกลุ่มระบบธาตุ D.I. Mendeleev ลักษณะทั่วไปขององค์ประกอบของกลุ่ม 8 ของกลุ่มย่อยรอง

กลุ่มย่อยด้านข้างของกลุ่มที่แปดครอบคลุมองค์ประกอบ d สามกลุ่ม

ไตรแอดแรกประกอบด้วยธาตุต่างๆ เหล็ก โคบอลต์ และนิกเกิล, ที่สอง - รูทีเนียม โรเดียม แพลเลเดียมและกลุ่มที่สาม - ออสเมียม อิริเดียม และแพลตตินัม.

องค์ประกอบส่วนใหญ่ของกลุ่มย่อยที่พิจารณามีอิเล็กตรอนสองตัวอยู่ในเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกของอะตอม พวกมันเป็นโลหะทั้งหมด

นอกจากอิเล็กตรอนชั้นนอกแล้ว อิเล็กตรอนจากเปลือกอิเล็กตรอนที่ยังสร้างไม่เสร็จก่อนหน้านี้ยังมีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะเคมีอีกด้วย

ตระกูลเหล็ก ได้แก่ เหล็ก โคบอลต์ และนิกเกิล การเพิ่มขึ้นของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ในซีรีส์ Fe (1.83) – Co (1.88) – Ni (1.91) แสดงให้เห็นว่าตั้งแต่เหล็กไปจนถึงนิกเกิล ควรมีการลดลงของคุณสมบัติพื้นฐานและคุณสมบัติลดลง ในอนุกรมแรงดันไฟฟ้าเคมีไฟฟ้า องค์ประกอบเหล่านี้มาก่อนไฮโดรเจน

ในแง่ของความชุกในธรรมชาติ การใช้สารประกอบในการแพทย์และเทคโนโลยี และบทบาทของธาตุเหล็กในร่างกาย เหล็กเป็นอันดับแรกในกลุ่มนี้

องค์ประกอบของตระกูลเหล็กในสารประกอบมีสถานะออกซิเดชัน +2

สารประกอบเหล็ก (II)- เกลือของเหล็กเกิดขึ้นเมื่อเหล็กละลายในกรดเจือจาง สิ่งสำคัญที่สุดคือธาตุเหล็ก (II) ซัลเฟตหรือเฟอรัสซัลเฟต FeSO 4 . 7H 2 O กลายเป็นสีเขียวอ่อน

คริสตัลละลายได้ดีในน้ำ ในอากาศเหล็กซัลเฟตจะค่อยๆกัดกร่อนและในเวลาเดียวกันก็ออกซิไดซ์จากพื้นผิวกลายเป็นเกลือพื้นฐานของเหล็กสีเหลืองน้ำตาล (III)

เหล็ก (II) ซัลเฟตเตรียมโดยการละลายเศษเหล็กในกรดซัลฟิวริก 20-30%:

เฟ + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2

เหล็ก (II) ซัลเฟตใช้ในการควบคุมศัตรูพืช ในการผลิตหมึกและสีแร่ และในการย้อมสิ่งทอ เมื่อสารละลายเกลือของเหล็ก (II) ทำปฏิกิริยากับด่าง จะเกิดการตกตะกอนสีขาวของเหล็ก (II) ไฮดรอกไซด์ Fe(OH) 2 ซึ่งตกตะกอนในอากาศเนื่องจากการเกิดออกซิเดชันอย่างรวดเร็วกลายเป็นสีเขียวและสีน้ำตาล จากนั้นจึงกลายเป็นเหล็ก (III) ไฮดรอกไซด์เฟ(OH) 3 :

4เฟ(OH) 2 + โอ 2 + 2H 2 โอ = 4เฟ(OH) 3

สารประกอบเหล็กไดวาเลนต์เป็นตัวรีดิวซ์และสามารถแปลงเป็นสารประกอบเหล็กเฟอร์ริกได้อย่างง่ายดาย:

6เฟSO 4 + 2HNO 3 + 3H 2 SO 4 = 3Fe 2 (SO 4) 3 + 2NO + 4H 2 O

10FeSO 4 + 2KMnO 4 + 8H 2 SO 4 = 5Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 8H 2 O

เฟอร์ริกออกไซด์และไฮดรอกไซด์มีคุณสมบัติเป็นแอมโฟเทอริก เหล็ก (III) ไฮดรอกไซด์เป็นเบสที่อ่อนกว่าเหล็ก (II) ไฮดรอกไซด์ซึ่งแสดงออกมาในความจริงที่ว่าเกลือของเหล็กเฟอร์ริกถูกไฮโดรไลซ์อย่างรุนแรงและ Fe(OH) 3 ไม่ก่อให้เกิดเกลือด้วยกรดอ่อน (เช่น กรดคาร์บอนิก ไฮโดรเจนซัลไฟด์)

คุณสมบัติที่เป็นกรดของเฟอร์ริกเหล็กออกไซด์และไฮดรอกไซด์นั้นแสดงออกมาในปฏิกิริยาฟิวชันกับคาร์บอเนตโลหะอัลคาไลซึ่งเป็นผลมาจากการที่เฟอร์ไรต์เกิดขึ้น - เกลือของกรดเหล็ก HFeO 2 ที่ไม่ได้รับในสถานะอิสระ:

เฟ 2 O 3 + นา 2 CO 3 = 2NaFeO 2 + CO

หากคุณให้ความร้อนตะไบเหล็กหรือเหล็ก (III) ออกไซด์ด้วยโพแทสเซียมไนเตรตและไฮดรอกไซด์จะเกิดโลหะผสมที่มีโพแทสเซียมเฟอร์เรต K 2 FeO 4 - เกลือของกรดเหล็ก H 2 FeO 4 ไม่ปล่อยออกมาในสถานะอิสระ:

เฟ 2 O 3 + 4KOH + 3KNO 3 = 2K 2 เฟโอ 4 + 3KNO 2 + 2H 2 O

ในสารประกอบชีวภาพเหล็กจะถูกทำให้ซับซ้อนด้วยลิแกนด์อินทรีย์ (ไมโอโกลบิน, เฮโมโกลบิน) ระดับของการเกิดออกซิเดชันของเหล็กในสารเชิงซ้อนเหล่านี้ยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ ผู้เขียนบางคนเชื่อว่าสถานะออกซิเดชันคือ +2 ในขณะที่บางคนแนะนำว่าสถานะจะแปรผันจาก +2 ถึง +3 ขึ้นอยู่กับระดับของอันตรกิริยากับออกซิเจน

แอปพลิเคชัน

ค่าคงที่การแยกตัวของกรดและเบสบางชนิด /ที่ 25 0 C/

ตั้งอยู่ในสมัยที่สี่
น้ำหนักอะตอมของเหล็กคือ 55.84 ประจุนิวเคลียร์ +26 การกระจายตัวของอิเล็กตรอนตามระดับพลังงาน (+26): 2, 8, 14, 2. โครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของชั้นนอกและชั้นนอกของเหล็ก 3s23p63d64s2

ดังนั้นอะตอมเหล็กจึงนอกเหนือไปจากสอง ส-อิเล็กตรอนของชั้นนอกที่สี่มีอีกหกตัว ง-อิเล็กตรอนของชั้นนอกสุดชั้นที่ 3 ของเหล่านี้ ง-อิเล็กตรอนเป็นอิเล็กตรอน 4 ตัวที่แอคทีฟมากที่สุด ด้วยเหตุนี้อิเล็กตรอน 6 ตัวจึงมีส่วนร่วมอย่างมากในการก่อตัวของพันธะเวเลนซ์เหล็ก - 2 ตัวจากด้านนอกและ 4 ตัวจากชั้นนอกก่อน สถานะออกซิเดชันของเหล็กที่พบบ่อยที่สุดคือ Fe+2 และ Fe+3 เหล็กเป็นองค์ประกอบหนึ่งที่พบได้ทั่วไปในธรรมชาติ โดยมีความแพร่หลายเป็นอันดับที่ 4 ในบรรดาองค์ประกอบอื่นๆ

■ 57. ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของอะตอมเหล็ก เช่นเดียวกับการกระจายตัวของอิเล็กตรอนในออร์บิทัล ระบุสถานะออกซิเดชันที่เป็นไปได้ขององค์ประกอบนี้

เหล็กในสถานะอิสระเป็นโลหะมันวาวสีเทาเงิน มีความหนาแน่น 7.87 จุดหลอมเหลว 1535° และจุดเดือด 2740° เหล็กมีคุณสมบัติเฟอร์โรแมกเนติกที่เด่นชัด กล่าวคือ ภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็ก มันจะกลายเป็นแม่เหล็กและเมื่อสนามหยุดลง มันจะคงคุณสมบัติทางแม่เหล็กไว้และกลายเป็นแม่เหล็กนั่นเอง องค์ประกอบทั้งหมดของกลุ่มเหล็กมีคุณสมบัติเหล่านี้
ในแง่ของคุณสมบัติทางเคมี เหล็กเป็นโลหะที่มีความว่องไวมาก หากไม่มีความชื้น เหล็กจะไม่เปลี่ยนแปลงในอากาศ แต่เมื่อสัมผัสกับความชื้นและออกซิเจนในอากาศ เหล็กจะเกิดการกัดกร่อนอย่างรุนแรงและถูกปกคลุมไปด้วยแผ่นฟิล์มสนิมที่หลวมซึ่งเป็นเหล็กซึ่งไม่ได้ป้องกันจากต่อไป ออกซิเดชัน และเหล็กจะค่อยๆ ออกซิไดซ์ในมวลทั้งหมด:
4เฟ + 2H2O + 3O2 = 2Fe2O3 · 2H2O
มีการพัฒนาวิธีการหลายอย่างเพื่อปกป้องโลหะอันมีค่านี้จากการกัดกร่อน

ในอนุกรมแรงดันไฟฟ้า เหล็กจะอยู่ทางด้านซ้ายของไฮโดรเจน ในเรื่องนี้สามารถสัมผัสกับกรดเจือจางได้ง่ายจนกลายเป็นเกลือที่เป็นเหล็กเช่น:
เฟ + 2HCl = FeCl2 + H2
เหล็กไม่ทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริกและกรดไนตริกเข้มข้น กรดเหล่านี้สร้างฟิล์มออกไซด์ที่แข็งแกร่งและหนาแน่นบนพื้นผิวของโลหะ จนโลหะกลายเป็นฟิล์มเฉื่อยชาโดยสิ้นเชิงและไม่เกิดปฏิกิริยาอื่นอีกต่อไป ในเวลาเดียวกัน เมื่อทำปฏิกิริยาโดยตรงกับสารออกซิไดซ์ที่แรงเช่นเหล็ก เหล็กจะมีสถานะออกซิเดชันที่ +3 เสมอ:
2Fe + 3Сl2 = 2FeCl3
เหล็กทำปฏิกิริยากับไอน้ำร้อนยวดยิ่ง ในกรณีนี้ถูกแทนที่จากน้ำและเหล็กร้อนจะกลายเป็นออกไซด์และนี่คือเฟอรัสออกไซด์ FeO หรือเหล็กออกไซด์ Fe3O4(Fe2O3 FeO):
เฟ + H2O = เฟ2O + H2

3เฟ + 4H2O = เฟ3O4 + 4H2
เหล็กที่ได้รับความร้อนจากออกซิเจนบริสุทธิ์จะเผาไหม้อย่างแรงจนเกิดเกล็ดเหล็ก (ดูรูปที่ 40)

3เฟ + 2O2 = เฟ3O4

เมื่อเผาเหล็กจะเกิดโลหะผสมกับคาร์บอนและในเวลาเดียวกันก็เหล็กคาร์ไบด์ Fe3C

■ 58. ทำรายการคุณสมบัติทางกายภาพของเหล็ก
59. เหล็กมีคุณสมบัติทางเคมีอย่างไร? ให้คำตอบที่มีเหตุผล

สารประกอบเหล็ก

เหล็กก่อตัวเป็นสารประกอบสองชุด - สารประกอบ Fe +2 และ Fe +3 เหล็กมีลักษณะเป็นออกไซด์สองชนิด - ออกไซด์ FeO และออกไซด์ Fe2O3 จริงอยู่ เป็นที่ทราบกันว่าออกไซด์ผสม Fe3O4 ซึ่งมีโมเลกุลเป็นเหล็กไดและไตรวาเลนต์: Fe2O3 · FeO ออกไซด์นี้เรียกอีกอย่างว่าเกล็ดเหล็กหรือเหล็กออกไซด์

สารประกอบเหล็กที่มีความเสถียรน้อยกว่าสารประกอบเหล็กออกไซด์ และเมื่อมีสารออกซิไดซ์ แม้ว่าจะเป็นเพียงอากาศเท่านั้น ก็มักจะกลายเป็นสารประกอบเหล็กที่เป็นเหล็ก ตัวอย่างเช่น เหล็ก (II) ไฮดรอกไซด์ Fe(OH)2 เป็นของแข็งสีขาว แต่สามารถได้รับในรูปแบบบริสุทธิ์เฉพาะเมื่อสารละลายของสารที่ทำปฏิกิริยาไม่มีออกซิเจนละลาย และหากปฏิกิริยาเกิดขึ้นโดยไม่มี ออกซิเจนในบรรยากาศ:
FeSO4 + 2NaOH = เฟ(OH)2 + Na2SO4
แน่นอนว่าเกลือที่ได้รับธาตุเหล็ก (II) ไฮดรอกไซด์นั้นไม่ควรมีส่วนผสมของสารประกอบออกไซด์แม้แต่น้อย เนื่องจากเงื่อนไขดังกล่าวเป็นเรื่องยากมากที่จะสร้างในห้องปฏิบัติการทางการศึกษาทั่วไปจึงได้ธาตุเหล็ก (II) ไฮดรอกไซด์ในรูปของการตกตะกอนสีเขียวเข้มที่มีลักษณะเป็นวุ้นไม่มากก็น้อยซึ่งบ่งบอกถึงการเกิดออกซิเดชันของสารประกอบเหล็กไดวาเลนต์ในเหล็กเฟอร์ริก ถ้าเหล็ก (II) ไฮดรอกไซด์ถูกเก็บไว้ในอากาศเป็นเวลานาน มันจะค่อยๆ เปลี่ยนเป็นเหล็ก (III) ไฮดรอกไซด์ Fe(OH)3:

4เฟ(OH)2 + O2 + 2H2O = 4เฟ(OH)3
เหล็กเป็นไฮดรอกไซด์ที่ไม่ละลายน้ำโดยทั่วไป ไฮดรอกไซด์ของธาตุเหล็ก (II) มีคุณสมบัติพื้นฐาน ในขณะที่ Fe(OH)3 มีคุณสมบัติแอมโฟเทริกที่แสดงออกมาได้อ่อนมาก

■ 60. ทำรายการคุณสมบัติของเหล็กออกไซด์เป็นออกไซด์พื้นฐานทั่วไป ให้คำตอบที่มีเหตุผล เขียนสมการปฏิกิริยาทั้งหมดในรูปแบบไอออนิกแบบเต็มและแบบย่อ

61. ทำรายการคุณสมบัติของเหล็ก (II) ไฮดรอกไซด์ สนับสนุนคำตอบของคุณด้วยสมการปฏิกิริยา

ในบรรดาเกลือของเหล็ก (II) สิ่งที่สำคัญที่สุดคือเหล็กซัลเฟต FeSO4 · 7H2O ซึ่งมีน้ำตกผลึก 7 โมเลกุล เหล็กซัลเฟตละลายได้ดีในน้ำ ใช้เพื่อควบคุมศัตรูพืชทางการเกษตรตลอดจนในการผลิตสีย้อม
เกลือของเหล็กชนิดไตรวาเลนต์ที่สำคัญที่สุดคือเฟอริกคลอไรด์ FeCl3 ซึ่งเป็นผลึกสีส้มที่ดูดความชื้นได้มาก ซึ่งจะดูดซับน้ำระหว่างการเก็บรักษาและละลายเป็นเพสต์สีน้ำตาล

เกลือของเหล็ก (II) สามารถเปลี่ยนเป็นเกลือของเหล็ก (III) ได้อย่างง่ายดาย เช่น เมื่อให้ความร้อนด้วยกรดไนตริกหรือโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตต่อหน้ากรดซัลฟิวริก:
6FeSO4 + 2HNO3 + 3H2SO4 = 3Fe2(SO4)3 + 2NO + 4H2O
การออกซิเดชันของเกลือ Fe +2 ลงในเกลือ Fe +3 อาจเกิดขึ้นได้ภายใต้อิทธิพลของออกซิเจนในบรรยากาศระหว่างการเก็บรักษาสารประกอบเหล่านี้ แต่กระบวนการนี้ใช้เวลานานกว่า รีเอเจนต์จำเพาะที่มีลักษณะเฉพาะมากใช้ในการจดจำแคตไอออนของ Fe 2+ และ Fe 3+ ตัวอย่างเช่น ในการรับรู้ธาตุเหล็กไดวาเลนต์ ให้ใช้เกลือเลือดแดง K3 ซึ่งเมื่อมีไอออนของเหล็กไดวาเลนต์ จะให้ตะกอนสีน้ำเงินเข้มที่มีลักษณะเฉพาะของเทิร์นบูลบลู:
3FeSO4 + 2K3 = Fe32 + 3K2SO4
หรืออยู่ในรูปไอออนิก
3เฟ 2+ + 2 3- = เฟ32
ในการรับรู้เกลือ Fe3+ จะใช้ปฏิกิริยากับเกลือเลือดสีเหลือง K4:
4FeCl3 + 3K4 = Fe43 + 12KCl

4เฟ 3+ + 3 4- = เฟ43
ในกรณีนี้ จะเกิดการตกตะกอนสีน้ำเงินเข้มของสีน้ำเงินปรัสเซียน สีน้ำเงินปรัสเซียนและสีน้ำเงิน Turnboule ใช้เป็นสีย้อม
นอกจากนี้เหล็กเฟอร์ริกสามารถรับรู้ได้โดยใช้เกลือที่ละลายน้ำได้ - โพแทสเซียมไทโอไซยาเนต KCNS หรือแอมโมเนียมไทโอไซยาเนต NH4CNS เมื่อสารเหล่านี้ทำปฏิกิริยากับเกลือ Fe(III) สารละลายจะได้สีแดงเลือด

■ 62. ทำรายการคุณสมบัติของเกลือ Fe +3 และ Fe +2 สถานะออกซิเดชันใดมีความเสถียรมากกว่า?
63. จะเปลี่ยนเกลือ Fe +2 เป็นเกลือ Fe +3 และในทางกลับกันได้อย่างไร ยกตัวอย่าง.

ปฏิกิริยาเป็นไปตามสมการ:
FeCl3 + 3KCNS = เฟ(CNS)3 + 3КCl
หรืออยู่ในรูปไอออนิก
เฟ 3+ + 3CNS - = เฟ(CNS)
สารประกอบเหล็กมีบทบาทสำคัญในชีวิตของสิ่งมีชีวิต ตัวอย่างเช่นมันเป็นส่วนหนึ่งของโปรตีนในเลือดหลัก - เฮโมโกลบินเช่นเดียวกับพืชสีเขียว - คลอโรฟิลล์ เหล็กเข้าสู่ร่างกายโดยส่วนใหญ่เป็นส่วนหนึ่งของอินทรียวัตถุในผลิตภัณฑ์อาหาร แอปเปิ้ล ไข่ ผักโขม และหัวบีทมีธาตุเหล็กจำนวนมาก ในฐานะที่เป็นยาเหล็กจะใช้ในรูปของเกลือของกรดอินทรีย์ เฟอริกคลอไรด์ทำหน้าที่เป็นตัวแทนห้ามเลือด

■ 64. หลอดทดลองสามหลอดประกอบด้วย: ก) เหล็ก (II) ซัลเฟต b) เหล็ก (III) ซัลเฟต และ c) เหล็ก (III) คลอไรด์ จะทราบได้อย่างไรว่าหลอดทดลองใดมีเกลือชนิดใด
65. วิธีดำเนินการเปลี่ยนแปลงหลายชุด:
เฟ → FeCl2 → FeSO4 → Fe2(SO4)3 → Fe(OH)3 → Fe2O3
66. ให้ดังต่อไปนี้ เหล็ก โซดาไฟ หากใช้เพียงสารเหล่านี้ เราจะสามารถรับธาตุเหล็ก (II) ไฮดรอกไซด์และธาตุเหล็ก (III) ไฮดรอกไซด์ได้อย่างไร
67. สารละลายที่มีโครเมียม (III) คลอไรด์และเหล็ก (III) คลอไรด์ได้รับการบำบัดด้วยอัลคาไลส่วนเกิน ตะกอนที่เป็นผลลัพธ์ถูกกรอง มีอะไรค้างอยู่บนตัวกรองและมีอะไรเข้าไปในตัวกรอง? ให้คำตอบแบบมีเหตุผลโดยใช้สมการปฏิกิริยาในรูปแบบโมเลกุล แบบไอออนิกเต็ม และแบบรีดิวซ์ไอออนิก

โลหะผสมเหล็ก

เหล็กเป็นพื้นฐานของโลหะวิทยากลุ่มเหล็ก ดังนั้นจึงมีการขุดพบในปริมาณมาก โครงการใหม่สำหรับการก่อสร้างลัทธิคอมมิวนิสต์อย่างกว้างขวางทำให้สามารถผลิตเหล็กได้ 250 ล้านตันในปี 1980 ซึ่งมากกว่าปี 1960 ถึง 3.8 เท่า
เหล็กแทบไม่เคยถูกใช้ในรูปแบบบริสุทธิ์ แต่ใช้เฉพาะในรูปของโลหะผสมเท่านั้น โลหะผสมที่สำคัญที่สุดของเหล็กคือคาร์บอน - เหล็กหล่อและเหล็กกล้าต่างๆ ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเหล็กหล่อกับเหล็กกล้าคือปริมาณคาร์บอน โดยเหล็กหล่อมีคาร์บอนมากกว่า 1.7% และเหล็กมีน้อยกว่า 1.7%

เฟอร์โรอัลลอยด์ (โลหะผสมของเหล็กและซิลิคอน), เฟอร์โรโครม (โลหะผสมของเหล็กและโครเมียม) และเฟอร์โรแมงกานีส (โลหะผสมของเหล็กและแมงกานีส) มีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างยิ่ง เฟอร์โรอัลลอยด์เป็นเหล็กหล่อที่มีเหล็กมากกว่า 10% และมีส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องอย่างน้อย 10% นอกจากนี้ยังมีองค์ประกอบเช่นเดียวกับเหล็กหล่อ เฟอร์โรอัลลอยส่วนใหญ่จะใช้ในการ “ดีออกซิเดชั่น” ของเหล็กและเป็นโลหะผสมเจือปน
ในบรรดาเหล็กหล่อ มีความแตกต่างระหว่างเส้นตรงและเม็ดสี เหล็กหล่อโรงหล่อใช้สำหรับการหล่อชิ้นส่วนต่างๆ เหล็กหมูจะถูกหลอมใหม่เป็นเหล็ก เนื่องจากมีความแข็งสูงมากและไม่สามารถแปรรูปได้ ท่อเหล็กเป็นสีขาว และเหล็กโรงหล่อเป็นสีเทา เหล็กหมูมีแมงกานีสมากกว่า

เหล็กเป็นคาร์บอนและอัลลอยด์ เหล็กกล้าคาร์บอนมักเป็นโลหะผสมของเหล็กและคาร์บอน ในขณะที่โลหะผสมเหล็กมีสารเจือปน เช่น ส่วนผสมของโลหะอื่นๆ ที่ทำให้เหล็กมีคุณสมบัติมีคุณค่ามากขึ้น ให้เนื้อเหล็กมีความเหนียว ยืดหยุ่น มีเสถียรภาพในระหว่างการชุบแข็ง และ - มีความแข็งและทนความร้อน เหล็กที่มีสารเติมแต่งเซอร์โคเนียมมีความยืดหยุ่นและเหนียวมาก ใช้ทำแผ่นเกราะ สิ่งเจือปนของแมงกานีสทำให้เหล็กทนทานต่อแรงกระแทกและแรงเสียดทาน โบรอนปรับปรุงคุณสมบัติการตัดของเหล็กในการผลิตเหล็กกล้าเครื่องมือ
บางครั้งแม้แต่สิ่งเจือปนเล็กน้อยของโลหะหายากก็ให้คุณสมบัติใหม่แก่เหล็ก หากคุณเก็บชิ้นส่วนเหล็กไว้ในผงเบริลเลียมที่อุณหภูมิ 900-1,000° ความแข็งของเหล็กและความต้านทานการสึกหรอจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก
เหล็กโครเมียม-นิกเกิลหรือที่เรียกกันว่าสแตนเลส มีความทนทานต่อการกัดกร่อน สิ่งเจือปนของกำมะถันและฟอสฟอรัสเป็นอันตรายต่อเหล็กอย่างมาก - ทำให้โลหะเปราะ

■ 68. คุณรู้จักต่อมสำคัญอะไรบ้าง?
69. อะไรคือความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเหล็กกับเหล็กหล่อ?
70. คุณรู้คุณสมบัติของเหล็กหล่ออะไรบ้างและเหล็กหล่อประเภทใด?
71. โลหะผสมเหล็กและสารเติมแต่งอัลลอยด์คืออะไร?

กระบวนการโดเมน

เหล็กหล่อได้มาจากการลดการถลุงในเตาถลุงเหล็ก โครงสร้างขนาดใหญ่เหล่านี้สูง 30 เมตร สามารถผลิตเหล็กหล่อได้มากกว่า 2,000 ตันต่อวัน แผนผังของโครงสร้างเตาถลุงเหล็กแสดงไว้ในรูปที่ 1 83.
ส่วนบนของเตาถลุงเหล็กซึ่งมีประจุอยู่เรียกว่าด้านบน ผ่านเตาหลอม

ข้าว. 83. โครงการเตาถลุงเหล็ก

ตกลงไปในเพลาเตายาวที่กว้างลงด้านล่าง ซึ่งเอื้อต่อการเคลื่อนย้ายวัสดุที่โหลดจากบนลงล่าง เมื่อประจุเคลื่อนไปยังส่วนที่กว้างที่สุดของเตาเผา - ไอน้ำ - การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นหลายชุดซึ่งเป็นผลมาจากการที่เหล็กหล่อก่อตัวขึ้นไหลเข้าสู่เตา - ส่วนที่ร้อนที่สุดของเตาเผา นี่คือที่ที่ตะกรันสะสม เหล็กหมูและตะกรันจะถูกระบายออกจากเตาเผาผ่านรูพิเศษในโรงตีเหล็ก เรียกว่า taphole อากาศจะถูกเป่าเข้าไปในเตาถลุงเหล็กผ่านด้านบนของเตาเพื่อให้เชื้อเพลิงเผาไหม้อยู่ในเตา

ให้เราพิจารณากระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างการถลุงเหล็กหล่อ ประจุของเตาหลอมเหล็ก เช่น สารเชิงซ้อนที่บรรจุเข้าไปนั้น ประกอบด้วยแร่เหล็ก เชื้อเพลิงและฟลักซ์ หรือฟลักซ์ มีแร่เหล็กมากมาย แร่หลัก ได้แก่ แร่เหล็กแม่เหล็ก Fe3O4, แร่เหล็กสีแดง Fe2O3, แร่เหล็กสีน้ำตาล 2Fe2O8 · 3H2O ในกระบวนการเตาหลอมถลุงแร่ siderite FeCO3 และบางครั้ง FeS2 จะถูกใช้เป็นแร่เหล็ก ซึ่งหลังจากเผาในเตาหลอมไพไรต์แล้ว จะกลายเป็นถ่าน Fe2O3 ซึ่งสามารถนำมาใช้ในโลหะวิทยาได้ แร่ดังกล่าวเป็นที่ต้องการน้อยกว่าเนื่องจากมีปริมาณกำมะถันสูง ไม่เพียงแต่เหล็กหล่อเท่านั้น แต่ยังหลอมโลหะผสมเฟอร์โรอัลลอยในเตาถลุงเหล็กอีกด้วย เชื้อเพลิงที่บรรจุเข้าไปในเตาเผาทำหน้าที่ทั้งรักษาอุณหภูมิสูงในเตาเผาและลดปริมาณเหล็กจากแร่ และยังมีส่วนร่วมในการก่อตัวของโลหะผสมกับคาร์บอน เชื้อเพลิงมักจะเป็นโค้ก

ในระหว่างกระบวนการถลุงเหล็ก โค้กจะถูกทำให้เป็นแก๊ส โดยเปลี่ยนให้เป็นไดออกไซด์ก่อนแล้วจึงเปลี่ยนเป็นคาร์บอนมอนอกไซด์เช่นเดียวกับในเครื่องกำเนิดแก๊ส:
C + O2 = CO3 CO2 + C = 2CO
คาร์บอนมอนอกไซด์ที่ได้จะเป็นตัวรีดิวซ์ก๊าซที่ดี ด้วยความช่วยเหลือ แร่เหล็กจึงถูกกู้คืน:
Fe2O3 + 3СО = 3СО2 + 2Fe
นอกจากแร่ที่มีเหล็กแล้ว เศษหินที่เจือปนยังจำเป็นต้องเข้าไปในเตาเผาด้วย อาจเป็นวัสดุทนไฟได้มากและอาจอุดตันเตาเผาที่ทำงานอย่างต่อเนื่องมานานหลายปี เพื่อให้เศษหินถูกเอาออกจากเตาได้ง่าย มันจะถูกแปลงเป็นสารประกอบที่ละลายต่ำ และเปลี่ยนเป็นตะกรันโดยใช้ฟลักซ์ (ฟลักซ์) เพื่อแปลงหินฐานที่มีหินปูนเป็นตะกรันซึ่งสลายตัวในเตาเผาตามสมการ
CaCO3 = CaO + CO2
เพิ่มทราย การหลอมรวมกับแคลเซียมออกไซด์ ทรายจะเกิดเป็นซิลิเกต:
CaO + SiO3 = CaSiO3
นี่เป็นสารที่มีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าอย่างหาที่เปรียบมิได้ ในสถานะของเหลวสามารถปล่อยออกจากเตาได้

หากหินมีสภาพเป็นกรดซึ่งมีซิลิคอนไดออกไซด์จำนวนมาก ในทางกลับกัน หินปูนจะถูกโหลดเข้าไปในเตาเผา ซึ่งจะแปลงซิลิคอนไดออกไซด์ให้เป็นซิลิเกต และผลลัพธ์ที่ได้ก็คือตะกรันเดียวกัน เมื่อก่อนตะกรันเป็นของเสีย แต่ตอนนี้ถูกทำให้เย็นลงด้วยน้ำและใช้เป็นวัสดุก่อสร้าง
เพื่อรักษาการเผาไหม้เชื้อเพลิง อากาศอุ่นและอุดมด้วยออกซิเจนจะถูกส่งไปยังเตาถลุงเหล็กอย่างต่อเนื่อง มันถูกทำให้ร้อนในเครื่องทำความร้อนอากาศแบบพิเศษ - kiupers คาวเปอร์เป็นหอคอยสูงที่ทำจากอิฐทนไฟ ซึ่งก๊าซร้อนที่หนีออกจากเตาถลุงเหล็กจะถูกเปลี่ยนทิศทาง ก๊าซเตาหลอมประกอบด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ CO2, N2 และคาร์บอนมอนอกไซด์ CO ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์จะเผาไหม้ในวัว ส่งผลให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้น จากนั้นก๊าซจากเตาถลุงเหล็กจะถูกส่งไปยังเครื่องคาวเปอร์อีกเครื่องหนึ่งโดยอัตโนมัติ และก๊าซจากเตาถลุงเหล็กจะถูกส่งไปยังเครื่องคาวเปอร์อีกเครื่องหนึ่งโดยอัตโนมัติ และก๊าซจากเตาถลุงเหล็กจะเริ่มเป่าลมเข้าไปในเตาถลุงเหล็ก ในเครื่องคาวเปอร์ร้อน อากาศจะถูกทำให้ร้อน และช่วยประหยัดเชื้อเพลิง ซึ่งจะต้องใช้ในปริมาณมากในการทำความร้อนอากาศที่เข้าสู่เตาถลุงเหล็ก เตาหลอมเหล็กแต่ละเตาจะมีคาวเปอร์หลายตัว

■ 72. องค์ประกอบของประจุของเตาถลุงเหล็กคืออะไร?
73. ทำรายการกระบวนการทางเคมีหลักที่เกิดขึ้นระหว่างการถลุงเหล็กหล่อ
74. องค์ประกอบของก๊าซเตาหลอมคืออะไร และนำไปใช้ในวัวได้อย่างไร?
75. แร่เหล็กแม่เหล็กที่มีสารเจือปน 10% สามารถรับเหล็กหล่อที่มีคาร์บอน 4% ได้เท่าใด
76. โค้กมีปริมาตรเท่าใดจึงทำให้คาร์บอนมอนอกไซด์มีปริมาณเพียงพอที่จะลดธาตุเหล็กออกไซด์ได้ 320 กิโลกรัม หากโค้กมีคาร์บอนบริสุทธิ์ 97%
77. ไซเดอไรต์ควรได้รับการประมวลผลอย่างไรเพื่อให้ได้ธาตุเหล็ก?

การทำเหล็ก

เหล็กถูกถลุงในเตาเผาสามประเภท ได้แก่ เตาหลอมแบบเปิดเตาใหม่ คอนเวอร์เตอร์ Bessemer และเตาไฟฟ้า
เตาแบบเปิดเป็นเตาที่ทันสมัยที่สุดซึ่งออกแบบมาเพื่อการถลุงเหล็กจำนวนมาก (รูปที่ 84) เตาแบบเปิดไม่เหมือนกับเตาถลุงเหล็กตรงที่ไม่ใช่เตาที่ทำงานอย่างต่อเนื่อง

ข้าว. 84. แผนผังของเตาเผาแบบเปิด

ส่วนหลักคืออ่างอาบน้ำซึ่งมีการใส่วัสดุที่จำเป็นผ่านหน้าต่างโดยใช้เครื่องพิเศษ อ่างอาบน้ำเชื่อมต่อกันด้วยทางเดินพิเศษไปยังเครื่องกำเนิดใหม่ซึ่งทำหน้าที่ให้ความร้อนกับก๊าซที่ติดไฟได้และอากาศที่จ่ายให้กับเตาเผา ความร้อนเกิดขึ้นเนื่องจากความร้อนของผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ซึ่งถูกส่งผ่านเครื่องกำเนิดใหม่เป็นครั้งคราว เนื่องจากมีหลายแห่ง พวกมันจึงทำงานตามลำดับและร้อนขึ้นตามลำดับ เตาเผาแบบเปิดสามารถผลิตเหล็กได้มากถึง 500 ตันต่อการหลอมละลาย

ค่าใช้จ่ายของเตาเผาแบบเปิดมีความหลากหลายมาก: ค่าใช้จ่ายรวมถึงเหล็กหล่อ, เศษโลหะ, แร่, ฟลักซ์ (ฟลักซ์) ที่มีลักษณะเดียวกับในกระบวนการเตาถลุงเหล็ก เช่นเดียวกับในกระบวนการเตาถลุงเหล็ก ในระหว่างการถลุงเหล็ก อากาศและก๊าซที่ติดไฟได้จะถูกให้ความร้อนในรีเจนเนอเรเตอร์โดยใช้ความร้อนของก๊าซเสีย เชื้อเพลิงในเตาเผาแบบเปิดคือน้ำมันเชื้อเพลิงที่พ่นด้วยหัวฉีดหรือก๊าซที่ติดไฟได้ซึ่งปัจจุบันมีการใช้กันอย่างแพร่หลายโดยเฉพาะ เชื้อเพลิงที่นี่ทำหน้าที่เพียงเพื่อรักษาอุณหภูมิในเตาเผาให้สูงเท่านั้น
กระบวนการถลุงเหล็กโดยพื้นฐานแล้วแตกต่างจากกระบวนการเตาถลุงเหล็ก เนื่องจากกระบวนการเตาถลุงเหล็กเป็นกระบวนการรีดิวซ์ และการถลุงเหล็กเป็นกระบวนการออกซิเดชั่น โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อลดปริมาณคาร์บอนโดยการออกซิไดซ์ในมวลโลหะ กระบวนการที่เกิดขึ้นค่อนข้างซับซ้อน

ที่มีอยู่ในแร่และส่งอากาศไปยังเตาเผาเพื่อเผาไหม้เชื้อเพลิงที่เป็นก๊าซมันจะออกซิไดซ์เช่นเดียวกับเหล็กจำนวนมากโดยเปลี่ยนเป็นเหล็ก (II) ออกไซด์เป็นหลัก: 2Fe + O2 = 2FeO
ที่มีอยู่ในเหล็กหล่อหรือโลหะอื่นเจือปนใดๆ ที่อุณหภูมิสูงจะลดเหล็ก (II) ออกไซด์ที่เกิดขึ้นให้เป็นเหล็กโลหะอีกครั้งตามสมการ: Si + 2FeO = SiO2 + 2Fe Mn + FeO = MnO + Fe
ทำปฏิกิริยาคล้ายกันกับเหล็ก (II) ออกไซด์และ: C + FeO = Fe + CO
ในตอนท้ายของกระบวนการ "deoxidizers" - ferroalloys - จะถูกเพิ่มเพื่อคืนสภาพเหล็ก (II) ออกไซด์ที่เหลืออยู่ (หรือตามที่พวกเขาพูดเพื่อ "กำจัดออกซิไดซ์") สารเติมแต่งของแมงกานีสและซิลิกอนที่มีอยู่ในสารเหล่านี้จะช่วยลดปริมาณเหล็ก (II) ออกไซด์ที่เหลืออยู่ตามสมการข้างต้น หลังจากนี้การหลอมละลายจะสิ้นสุดลง การหลอมในเตาเผาแบบเปิดใช้เวลา 8-10 ชั่วโมง

ข้าว. 85. แผนภาพการออกแบบตัวแปลง Bessemer

ตัวแปลง Bessemer (รูปที่ 85) เป็นเตาเผาแบบเก่า แต่มีผลผลิตที่สูงมาก เนื่องจากตัวแปลงทำงานโดยไม่สิ้นเปลืองเชื้อเพลิง วิธีการผลิตเหล็กนี้จึงมีความสำคัญในด้านโลหะวิทยา คอนเวอร์เตอร์เป็นภาชนะเหล็กรูปลูกแพร์ความจุ 20-30 ตัน บุด้านในด้วยอิฐทนไฟ การละลายแต่ละครั้งในคอนเวอร์เตอร์จะใช้เวลา 12-15 นาที คอนเวอร์เตอร์มีข้อเสียหลายประการ: สามารถใช้งานได้กับเหล็กหล่อเหลวเท่านั้น นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าคาร์บอนออกซิเดชันเกิดขึ้นโดยอากาศที่ส่งผ่านจากด้านล่างผ่านเหล็กหล่อเหลวทั้งหมดซึ่งจะช่วยเร่งการหลอมละลายและเพิ่มความเข้มข้นของการเกิดออกซิเดชันได้อย่างมาก โดยธรรมชาติแล้ว “การเสีย” ของธาตุเหล็กในกรณีนี้จะยิ่งใหญ่เป็นพิเศษ ในเวลาเดียวกัน เวลาหลอมเหลวที่สั้นทำให้ไม่สามารถควบคุมหรือเติมอัลลอยด์ได้ ดังนั้นเหล็กกล้าคาร์บอนส่วนใหญ่จึงถูกหลอมในคอนเวอร์เตอร์ เมื่อสิ้นสุดการหลอมเหลว การจ่ายอากาศจะหยุดลง และเช่นเดียวกับในกระบวนการเปิดเตาจะมีการเติม "สารกำจัดออกซิไดเซอร์"

ในเตาไฟฟ้า (รูปที่ 86) โลหะผสมเหล็กเกรดพิเศษจะถูกหลอม ส่วนใหญ่มีจุดหลอมเหลวสูง บรรจุและสารเติมแต่งอื่น ๆ เหล็กสำเร็จรูปจะถูกส่งไปรีด ที่นั่น ในโรงรีดขนาดใหญ่ - โรงสีบานและโรงสีพื้น - แท่งเหล็กร้อนถูกบีบอัดโดยใช้ลูกกลิ้ง ซึ่งทำให้สามารถผลิตรูปทรงต่างๆ จากแท่งเหล็กได้

รูปที่ 86 แผนผังของเตาอาร์คไฟฟ้า 1 - อิเล็กโทรด, 2 - หน้าต่างโหลด, 3 - รางสำหรับปล่อยเหล็ก, 4 - กลไกแบบหมุน

เหล็กในรูปของโลหะผสมมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบเศรษฐกิจของประเทศ ไม่มีภาคส่วนใดของเศรษฐกิจของประเทศที่สามารถทำได้หากไม่มีสิ่งนี้ เพื่อรักษาโลหะที่เป็นเหล็ก ในปัจจุบันเมื่อใดก็ตามที่เป็นไปได้ พวกเขาจึงพยายามแทนที่ด้วยวัสดุสังเคราะห์
โลหะกลุ่มเหล็กใช้ในการผลิตเครื่องมือกลและรถยนต์ เครื่องบินและเครื่องมือ การเสริมแรงสำหรับโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็ก ดีบุกสำหรับกระป๋องและแผ่นหลังคา เรือและสะพาน เครื่องจักรและคานทางการเกษตร ท่อ และผลิตภัณฑ์ในครัวเรือนทุกประเภท

■ 78. อะไรคือความแตกต่างพื้นฐานระหว่างกระบวนการถลุงเหล็กและกระบวนการเตาถลุงเหล็ก?
79. เตาชนิดใดที่ใช้ถลุงเหล็ก?
80. รีเจนเนอเรเตอร์ในเตาเผาแบบเปิดคืออะไร?

81. ระบุองค์ประกอบของประจุเตาหลอมแบบเปิดและความแตกต่างจากองค์ประกอบของประจุเตาถลุงเหล็ก?
82. “สารกำจัดออกซิไดซ์” คืออะไร?
83. เหตุใดการถลุงเหล็กจึงเรียกว่าการถลุงแบบออกซิเดชั่น?
84. เหล็กที่มีคาร์บอน 1% สามารถผลิตได้จากเหล็กหล่อที่มีคาร์บอน 116.7 กิโลกรัมที่มีคาร์บอน 4% ได้เท่าใด
85. ต้องใช้เฟอร์โรแมงกานีสที่มีแมงกานีส 80% มากแค่ไหนในการ "กำจัดออกซิไดซ์" เฟอร์รัสออกไซด์ 36 กิโลกรัม

บทความในหัวข้อ Iron กลุ่มย่อยรองของกลุ่ม VIII

เหล็กและไฟฟ้า คุณสมบัติของเหล็กมีความหลากหลาย มีเหล็กที่ออกแบบมาให้ใช้งานได้ยาวนานในน้ำทะเล เหล็กที่ทนต่ออุณหภูมิสูง และ...

ตั้งอยู่ในสมัยที่สี่
น้ำหนักอะตอมของเหล็กคือ 55.84 ประจุนิวเคลียร์ +26 การกระจายตัวของอิเล็กตรอนตามระดับพลังงาน (+26): 2, 8, 14, 2. โครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของชั้นนอกและชั้นนอกของเหล็ก 3s23p63d64s2

ดังนั้นอะตอมเหล็กจึงนอกเหนือไปจากสอง ส-อิเล็กตรอนของชั้นนอกที่สี่มีอีกหกตัว ง-อิเล็กตรอนของชั้นนอกสุดชั้นที่ 3 ของเหล่านี้ ง-อิเล็กตรอนเป็นอิเล็กตรอน 4 ตัวที่แอคทีฟมากที่สุด ด้วยเหตุนี้อิเล็กตรอน 6 ตัวจึงมีส่วนร่วมอย่างมากในการก่อตัวของพันธะเวเลนซ์เหล็ก - 2 ตัวจากด้านนอกและ 4 ตัวจากชั้นนอกก่อน สถานะออกซิเดชันของเหล็กที่พบบ่อยที่สุดคือ Fe+2 และ Fe+3 เหล็กเป็นองค์ประกอบหนึ่งที่พบได้ทั่วไปในธรรมชาติ โดยมีความแพร่หลายเป็นอันดับที่ 4 ในบรรดาองค์ประกอบอื่นๆ

■ 57. ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของอะตอมเหล็ก เช่นเดียวกับการกระจายตัวของอิเล็กตรอนในออร์บิทัล ระบุสถานะออกซิเดชันที่เป็นไปได้ขององค์ประกอบนี้

เหล็กในสถานะอิสระเป็นโลหะมันวาวสีเทาเงิน มีความหนาแน่น 7.87 จุดหลอมเหลว 1535° และจุดเดือด 2740° เหล็กมีคุณสมบัติเฟอร์โรแมกเนติกที่เด่นชัด กล่าวคือ ภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็ก มันจะกลายเป็นแม่เหล็กและเมื่อสนามหยุดลง มันจะคงคุณสมบัติทางแม่เหล็กไว้และกลายเป็นแม่เหล็กนั่นเอง องค์ประกอบทั้งหมดของกลุ่มเหล็กมีคุณสมบัติเหล่านี้
ในแง่ของคุณสมบัติทางเคมี เหล็กเป็นโลหะที่มีความว่องไวมาก หากไม่มีความชื้น เหล็กจะไม่เปลี่ยนแปลงในอากาศ แต่เมื่อสัมผัสกับความชื้นและออกซิเจนในอากาศ เหล็กจะเกิดการกัดกร่อนอย่างรุนแรงและถูกปกคลุมไปด้วยแผ่นฟิล์มสนิมที่หลวมซึ่งเป็นเหล็กซึ่งไม่ได้ป้องกันจากต่อไป ออกซิเดชัน และเหล็กจะค่อยๆ ออกซิไดซ์ในมวลทั้งหมด:
4เฟ + 2H2O + 3O2 = 2Fe2O3 · 2H2O
มีการพัฒนาวิธีการหลายอย่างเพื่อปกป้องโลหะอันมีค่านี้จากการกัดกร่อน

ในอนุกรมแรงดันไฟฟ้า เหล็กจะอยู่ทางด้านซ้ายของไฮโดรเจน ในเรื่องนี้สามารถสัมผัสกับกรดเจือจางได้ง่ายจนกลายเป็นเกลือที่เป็นเหล็กเช่น:
เฟ + 2HCl = FeCl2 + H2
เหล็กไม่ทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริกและกรดไนตริกเข้มข้น กรดเหล่านี้สร้างฟิล์มออกไซด์ที่แข็งแกร่งและหนาแน่นบนพื้นผิวของโลหะ จนโลหะกลายเป็นฟิล์มเฉื่อยชาโดยสิ้นเชิงและไม่เกิดปฏิกิริยาอื่นอีกต่อไป ในเวลาเดียวกัน เมื่อทำปฏิกิริยาโดยตรงกับสารออกซิไดซ์ที่แรงเช่นเหล็ก เหล็กจะมีสถานะออกซิเดชันที่ +3 เสมอ:
2Fe + 3Сl2 = 2FeCl3
เหล็กทำปฏิกิริยากับไอน้ำร้อนยวดยิ่ง ในกรณีนี้ถูกแทนที่จากน้ำและเหล็กร้อนจะกลายเป็นออกไซด์และนี่คือเฟอรัสออกไซด์ FeO หรือเหล็กออกไซด์ Fe3O4(Fe2O3 FeO):
เฟ + H2O = เฟ2O + H2

3เฟ + 4H2O = เฟ3O4 + 4H2
เหล็กที่ได้รับความร้อนจากออกซิเจนบริสุทธิ์จะเผาไหม้อย่างแรงจนเกิดเกล็ดเหล็ก (ดูรูปที่ 40)

3เฟ + 2O2 = เฟ3O4

เมื่อเผาเหล็กจะเกิดโลหะผสมกับคาร์บอนและในเวลาเดียวกันก็เหล็กคาร์ไบด์ Fe3C

■ 58. ทำรายการคุณสมบัติทางกายภาพของเหล็ก
59. เหล็กมีคุณสมบัติทางเคมีอย่างไร? ให้คำตอบที่มีเหตุผล

สารประกอบเหล็ก

เหล็กก่อตัวเป็นสารประกอบสองชุด - สารประกอบ Fe +2 และ Fe +3 เหล็กมีลักษณะเป็นออกไซด์สองชนิด - ออกไซด์ FeO และออกไซด์ Fe2O3 จริงอยู่ เป็นที่ทราบกันว่าออกไซด์ผสม Fe3O4 ซึ่งมีโมเลกุลเป็นเหล็กไดและไตรวาเลนต์: Fe2O3 · FeO ออกไซด์นี้เรียกอีกอย่างว่าเกล็ดเหล็กหรือเหล็กออกไซด์

สารประกอบเหล็กที่มีความเสถียรน้อยกว่าสารประกอบเหล็กออกไซด์ และเมื่อมีสารออกซิไดซ์ แม้ว่าจะเป็นเพียงอากาศเท่านั้น ก็มักจะกลายเป็นสารประกอบเหล็กที่เป็นเหล็ก ตัวอย่างเช่น เหล็ก (II) ไฮดรอกไซด์ Fe(OH)2 เป็นของแข็งสีขาว แต่สามารถได้รับในรูปแบบบริสุทธิ์เฉพาะเมื่อสารละลายของสารที่ทำปฏิกิริยาไม่มีออกซิเจนละลาย และหากปฏิกิริยาเกิดขึ้นโดยไม่มี ออกซิเจนในบรรยากาศ:
FeSO4 + 2NaOH = เฟ(OH)2 + Na2SO4
แน่นอนว่าเกลือที่ได้รับธาตุเหล็ก (II) ไฮดรอกไซด์นั้นไม่ควรมีส่วนผสมของสารประกอบออกไซด์แม้แต่น้อย เนื่องจากเงื่อนไขดังกล่าวเป็นเรื่องยากมากที่จะสร้างในห้องปฏิบัติการทางการศึกษาทั่วไปจึงได้ธาตุเหล็ก (II) ไฮดรอกไซด์ในรูปของการตกตะกอนสีเขียวเข้มที่มีลักษณะเป็นวุ้นไม่มากก็น้อยซึ่งบ่งบอกถึงการเกิดออกซิเดชันของสารประกอบเหล็กไดวาเลนต์ในเหล็กเฟอร์ริก ถ้าเหล็ก (II) ไฮดรอกไซด์ถูกเก็บไว้ในอากาศเป็นเวลานาน มันจะค่อยๆ เปลี่ยนเป็นเหล็ก (III) ไฮดรอกไซด์ Fe(OH)3:

4เฟ(OH)2 + O2 + 2H2O = 4เฟ(OH)3
เหล็กเป็นไฮดรอกไซด์ที่ไม่ละลายน้ำโดยทั่วไป ไฮดรอกไซด์ของธาตุเหล็ก (II) มีคุณสมบัติพื้นฐาน ในขณะที่ Fe(OH)3 มีคุณสมบัติแอมโฟเทริกที่แสดงออกมาได้อ่อนมาก

■ 60. ทำรายการคุณสมบัติของเหล็กออกไซด์เป็นออกไซด์พื้นฐานทั่วไป ให้คำตอบที่มีเหตุผล เขียนสมการปฏิกิริยาทั้งหมดในรูปแบบไอออนิกแบบเต็มและแบบย่อ

61. ทำรายการคุณสมบัติของเหล็ก (II) ไฮดรอกไซด์ สนับสนุนคำตอบของคุณด้วยสมการปฏิกิริยา

ในบรรดาเกลือของเหล็ก (II) สิ่งที่สำคัญที่สุดคือเหล็กซัลเฟต FeSO4 · 7H2O ซึ่งมีน้ำตกผลึก 7 โมเลกุล เหล็กซัลเฟตละลายได้ดีในน้ำ ใช้เพื่อควบคุมศัตรูพืชทางการเกษตรตลอดจนในการผลิตสีย้อม
เกลือของเหล็กชนิดไตรวาเลนต์ที่สำคัญที่สุดคือเฟอริกคลอไรด์ FeCl3 ซึ่งเป็นผลึกสีส้มที่ดูดความชื้นได้มาก ซึ่งจะดูดซับน้ำระหว่างการเก็บรักษาและละลายเป็นเพสต์สีน้ำตาล

เกลือของเหล็ก (II) สามารถเปลี่ยนเป็นเกลือของเหล็ก (III) ได้อย่างง่ายดาย เช่น เมื่อให้ความร้อนด้วยกรดไนตริกหรือโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตต่อหน้ากรดซัลฟิวริก:
6FeSO4 + 2HNO3 + 3H2SO4 = 3Fe2(SO4)3 + 2NO + 4H2O
การออกซิเดชันของเกลือ Fe +2 ลงในเกลือ Fe +3 อาจเกิดขึ้นได้ภายใต้อิทธิพลของออกซิเจนในบรรยากาศระหว่างการเก็บรักษาสารประกอบเหล่านี้ แต่กระบวนการนี้ใช้เวลานานกว่า รีเอเจนต์จำเพาะที่มีลักษณะเฉพาะมากใช้ในการจดจำแคตไอออนของ Fe 2+ และ Fe 3+ ตัวอย่างเช่น ในการรับรู้ธาตุเหล็กไดวาเลนต์ ให้ใช้เกลือเลือดแดง K3 ซึ่งเมื่อมีไอออนของเหล็กไดวาเลนต์ จะให้ตะกอนสีน้ำเงินเข้มที่มีลักษณะเฉพาะของเทิร์นบูลบลู:
3FeSO4 + 2K3 = Fe32 + 3K2SO4
หรืออยู่ในรูปไอออนิก
3เฟ 2+ + 2 3- = เฟ32
ในการรับรู้เกลือ Fe3+ จะใช้ปฏิกิริยากับเกลือเลือดสีเหลือง K4:
4FeCl3 + 3K4 = Fe43 + 12KCl

4เฟ 3+ + 3 4- = เฟ43
ในกรณีนี้ จะเกิดการตกตะกอนสีน้ำเงินเข้มของสีน้ำเงินปรัสเซียน สีน้ำเงินปรัสเซียนและสีน้ำเงิน Turnboule ใช้เป็นสีย้อม
นอกจากนี้เหล็กเฟอร์ริกสามารถรับรู้ได้โดยใช้เกลือที่ละลายน้ำได้ - โพแทสเซียมไทโอไซยาเนต KCNS หรือแอมโมเนียมไทโอไซยาเนต NH4CNS เมื่อสารเหล่านี้ทำปฏิกิริยากับเกลือ Fe(III) สารละลายจะได้สีแดงเลือด

■ 62. ทำรายการคุณสมบัติของเกลือ Fe +3 และ Fe +2 สถานะออกซิเดชันใดมีความเสถียรมากกว่า?
63. จะเปลี่ยนเกลือ Fe +2 เป็นเกลือ Fe +3 และในทางกลับกันได้อย่างไร ยกตัวอย่าง.

ปฏิกิริยาเป็นไปตามสมการ:
FeCl3 + 3KCNS = เฟ(CNS)3 + 3КCl
หรืออยู่ในรูปไอออนิก
เฟ 3+ + 3CNS - = เฟ(CNS)
สารประกอบเหล็กมีบทบาทสำคัญในชีวิตของสิ่งมีชีวิต ตัวอย่างเช่นมันเป็นส่วนหนึ่งของโปรตีนในเลือดหลัก - เฮโมโกลบินเช่นเดียวกับพืชสีเขียว - คลอโรฟิลล์ เหล็กเข้าสู่ร่างกายโดยส่วนใหญ่เป็นส่วนหนึ่งของอินทรียวัตถุในผลิตภัณฑ์อาหาร แอปเปิ้ล ไข่ ผักโขม และหัวบีทมีธาตุเหล็กจำนวนมาก ในฐานะที่เป็นยาเหล็กจะใช้ในรูปของเกลือของกรดอินทรีย์ เฟอริกคลอไรด์ทำหน้าที่เป็นตัวแทนห้ามเลือด

■ 64. หลอดทดลองสามหลอดประกอบด้วย: ก) เหล็ก (II) ซัลเฟต b) เหล็ก (III) ซัลเฟต และ c) เหล็ก (III) คลอไรด์ จะทราบได้อย่างไรว่าหลอดทดลองใดมีเกลือชนิดใด
65. วิธีดำเนินการเปลี่ยนแปลงหลายชุด:
เฟ → FeCl2 → FeSO4 → Fe2(SO4)3 → Fe(OH)3 → Fe2O3
66. ให้ดังต่อไปนี้ เหล็ก โซดาไฟ หากใช้เพียงสารเหล่านี้ เราจะสามารถรับธาตุเหล็ก (II) ไฮดรอกไซด์และธาตุเหล็ก (III) ไฮดรอกไซด์ได้อย่างไร
67. สารละลายที่มีโครเมียม (III) คลอไรด์และเหล็ก (III) คลอไรด์ได้รับการบำบัดด้วยอัลคาไลส่วนเกิน ตะกอนที่เป็นผลลัพธ์ถูกกรอง มีอะไรค้างอยู่บนตัวกรองและมีอะไรเข้าไปในตัวกรอง? ให้คำตอบแบบมีเหตุผลโดยใช้สมการปฏิกิริยาในรูปแบบโมเลกุล แบบไอออนิกเต็ม และแบบรีดิวซ์ไอออนิก

โลหะผสมเหล็ก

เหล็กเป็นพื้นฐานของโลหะวิทยากลุ่มเหล็ก ดังนั้นจึงมีการขุดพบในปริมาณมาก โครงการใหม่สำหรับการก่อสร้างลัทธิคอมมิวนิสต์อย่างกว้างขวางทำให้สามารถผลิตเหล็กได้ 250 ล้านตันในปี 1980 ซึ่งมากกว่าปี 1960 ถึง 3.8 เท่า
เหล็กแทบไม่เคยถูกใช้ในรูปแบบบริสุทธิ์ แต่ใช้เฉพาะในรูปของโลหะผสมเท่านั้น โลหะผสมที่สำคัญที่สุดของเหล็กคือคาร์บอน - เหล็กหล่อและเหล็กกล้าต่างๆ ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเหล็กหล่อกับเหล็กกล้าคือปริมาณคาร์บอน โดยเหล็กหล่อมีคาร์บอนมากกว่า 1.7% และเหล็กมีน้อยกว่า 1.7%

เฟอร์โรอัลลอยด์ (โลหะผสมของเหล็กและซิลิคอน), เฟอร์โรโครม (โลหะผสมของเหล็กและโครเมียม) และเฟอร์โรแมงกานีส (โลหะผสมของเหล็กและแมงกานีส) มีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างยิ่ง เฟอร์โรอัลลอยด์เป็นเหล็กหล่อที่มีเหล็กมากกว่า 10% และมีส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องอย่างน้อย 10% นอกจากนี้ยังมีองค์ประกอบเช่นเดียวกับเหล็กหล่อ เฟอร์โรอัลลอยส่วนใหญ่จะใช้ในการ “ดีออกซิเดชั่น” ของเหล็กและเป็นโลหะผสมเจือปน
ในบรรดาเหล็กหล่อ มีความแตกต่างระหว่างเส้นตรงและเม็ดสี เหล็กหล่อโรงหล่อใช้สำหรับการหล่อชิ้นส่วนต่างๆ เหล็กหมูจะถูกหลอมใหม่เป็นเหล็ก เนื่องจากมีความแข็งสูงมากและไม่สามารถแปรรูปได้ ท่อเหล็กเป็นสีขาว และเหล็กโรงหล่อเป็นสีเทา เหล็กหมูมีแมงกานีสมากกว่า

เหล็กเป็นคาร์บอนและอัลลอยด์ เหล็กกล้าคาร์บอนมักเป็นโลหะผสมของเหล็กและคาร์บอน ในขณะที่โลหะผสมเหล็กมีสารเจือปน เช่น ส่วนผสมของโลหะอื่นๆ ที่ทำให้เหล็กมีคุณสมบัติมีคุณค่ามากขึ้น ให้เนื้อเหล็กมีความเหนียว ยืดหยุ่น มีเสถียรภาพในระหว่างการชุบแข็ง และ - มีความแข็งและทนความร้อน เหล็กที่มีสารเติมแต่งเซอร์โคเนียมมีความยืดหยุ่นและเหนียวมาก ใช้ทำแผ่นเกราะ สิ่งเจือปนของแมงกานีสทำให้เหล็กทนทานต่อแรงกระแทกและแรงเสียดทาน โบรอนปรับปรุงคุณสมบัติการตัดของเหล็กในการผลิตเหล็กกล้าเครื่องมือ
บางครั้งแม้แต่สิ่งเจือปนเล็กน้อยของโลหะหายากก็ให้คุณสมบัติใหม่แก่เหล็ก หากคุณเก็บชิ้นส่วนเหล็กไว้ในผงเบริลเลียมที่อุณหภูมิ 900-1,000° ความแข็งของเหล็กและความต้านทานการสึกหรอจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก
เหล็กโครเมียม-นิกเกิลหรือที่เรียกกันว่าสแตนเลส มีความทนทานต่อการกัดกร่อน สิ่งเจือปนของกำมะถันและฟอสฟอรัสเป็นอันตรายต่อเหล็กอย่างมาก - ทำให้โลหะเปราะ

■ 68. คุณรู้จักต่อมสำคัญอะไรบ้าง?
69. อะไรคือความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเหล็กกับเหล็กหล่อ?
70. คุณรู้คุณสมบัติของเหล็กหล่ออะไรบ้างและเหล็กหล่อประเภทใด?
71. โลหะผสมเหล็กและสารเติมแต่งอัลลอยด์คืออะไร?

กระบวนการโดเมน

เหล็กหล่อได้มาจากการลดการถลุงในเตาถลุงเหล็ก โครงสร้างขนาดใหญ่เหล่านี้สูง 30 เมตร สามารถผลิตเหล็กหล่อได้มากกว่า 2,000 ตันต่อวัน แผนผังของโครงสร้างเตาถลุงเหล็กแสดงไว้ในรูปที่ 1 83.
ส่วนบนของเตาถลุงเหล็กซึ่งมีประจุอยู่เรียกว่าด้านบน ผ่านเตาหลอม

ข้าว. 83. โครงการเตาถลุงเหล็ก

ตกลงไปในเพลาเตายาวที่กว้างลงด้านล่าง ซึ่งเอื้อต่อการเคลื่อนย้ายวัสดุที่โหลดจากบนลงล่าง เมื่อประจุเคลื่อนไปยังส่วนที่กว้างที่สุดของเตาเผา - ไอน้ำ - การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นหลายชุดซึ่งเป็นผลมาจากการที่เหล็กหล่อก่อตัวขึ้นไหลเข้าสู่เตา - ส่วนที่ร้อนที่สุดของเตาเผา นี่คือที่ที่ตะกรันสะสม เหล็กหมูและตะกรันจะถูกระบายออกจากเตาเผาผ่านรูพิเศษในโรงตีเหล็ก เรียกว่า taphole อากาศจะถูกเป่าเข้าไปในเตาถลุงเหล็กผ่านด้านบนของเตาเพื่อให้เชื้อเพลิงเผาไหม้อยู่ในเตา

ให้เราพิจารณากระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างการถลุงเหล็กหล่อ ประจุของเตาหลอมเหล็ก เช่น สารเชิงซ้อนที่บรรจุเข้าไปนั้น ประกอบด้วยแร่เหล็ก เชื้อเพลิงและฟลักซ์ หรือฟลักซ์ มีแร่เหล็กมากมาย แร่หลัก ได้แก่ แร่เหล็กแม่เหล็ก Fe3O4, แร่เหล็กสีแดง Fe2O3, แร่เหล็กสีน้ำตาล 2Fe2O8 · 3H2O ในกระบวนการเตาหลอมถลุงแร่ siderite FeCO3 และบางครั้ง FeS2 จะถูกใช้เป็นแร่เหล็ก ซึ่งหลังจากเผาในเตาหลอมไพไรต์แล้ว จะกลายเป็นถ่าน Fe2O3 ซึ่งสามารถนำมาใช้ในโลหะวิทยาได้ แร่ดังกล่าวเป็นที่ต้องการน้อยกว่าเนื่องจากมีปริมาณกำมะถันสูง ไม่เพียงแต่เหล็กหล่อเท่านั้น แต่ยังหลอมโลหะผสมเฟอร์โรอัลลอยในเตาถลุงเหล็กอีกด้วย เชื้อเพลิงที่บรรจุเข้าไปในเตาเผาทำหน้าที่ทั้งรักษาอุณหภูมิสูงในเตาเผาและลดปริมาณเหล็กจากแร่ และยังมีส่วนร่วมในการก่อตัวของโลหะผสมกับคาร์บอน เชื้อเพลิงมักจะเป็นโค้ก

ในระหว่างกระบวนการถลุงเหล็ก โค้กจะถูกทำให้เป็นแก๊ส โดยเปลี่ยนให้เป็นไดออกไซด์ก่อนแล้วจึงเปลี่ยนเป็นคาร์บอนมอนอกไซด์เช่นเดียวกับในเครื่องกำเนิดแก๊ส:
C + O2 = CO3 CO2 + C = 2CO
คาร์บอนมอนอกไซด์ที่ได้จะเป็นตัวรีดิวซ์ก๊าซที่ดี ด้วยความช่วยเหลือ แร่เหล็กจึงถูกกู้คืน:
Fe2O3 + 3СО = 3СО2 + 2Fe
นอกจากแร่ที่มีเหล็กแล้ว เศษหินที่เจือปนยังจำเป็นต้องเข้าไปในเตาเผาด้วย อาจเป็นวัสดุทนไฟได้มากและอาจอุดตันเตาเผาที่ทำงานอย่างต่อเนื่องมานานหลายปี เพื่อให้เศษหินถูกเอาออกจากเตาได้ง่าย มันจะถูกแปลงเป็นสารประกอบที่ละลายต่ำ และเปลี่ยนเป็นตะกรันโดยใช้ฟลักซ์ (ฟลักซ์) เพื่อแปลงหินฐานที่มีหินปูนเป็นตะกรันซึ่งสลายตัวในเตาเผาตามสมการ
CaCO3 = CaO + CO2
เพิ่มทราย การหลอมรวมกับแคลเซียมออกไซด์ ทรายจะเกิดเป็นซิลิเกต:
CaO + SiO3 = CaSiO3
นี่เป็นสารที่มีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าอย่างหาที่เปรียบมิได้ ในสถานะของเหลวสามารถปล่อยออกจากเตาได้

หากหินมีสภาพเป็นกรดซึ่งมีซิลิคอนไดออกไซด์จำนวนมาก ในทางกลับกัน หินปูนจะถูกโหลดเข้าไปในเตาเผา ซึ่งจะแปลงซิลิคอนไดออกไซด์ให้เป็นซิลิเกต และผลลัพธ์ที่ได้ก็คือตะกรันเดียวกัน เมื่อก่อนตะกรันเป็นของเสีย แต่ตอนนี้ถูกทำให้เย็นลงด้วยน้ำและใช้เป็นวัสดุก่อสร้าง
เพื่อรักษาการเผาไหม้เชื้อเพลิง อากาศอุ่นและอุดมด้วยออกซิเจนจะถูกส่งไปยังเตาถลุงเหล็กอย่างต่อเนื่อง มันถูกทำให้ร้อนในเครื่องทำความร้อนอากาศแบบพิเศษ - kiupers คาวเปอร์เป็นหอคอยสูงที่ทำจากอิฐทนไฟ ซึ่งก๊าซร้อนที่หนีออกจากเตาถลุงเหล็กจะถูกเปลี่ยนทิศทาง ก๊าซเตาหลอมประกอบด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ CO2, N2 และคาร์บอนมอนอกไซด์ CO ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์จะเผาไหม้ในวัว ส่งผลให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้น จากนั้นก๊าซจากเตาถลุงเหล็กจะถูกส่งไปยังเครื่องคาวเปอร์อีกเครื่องหนึ่งโดยอัตโนมัติ และก๊าซจากเตาถลุงเหล็กจะถูกส่งไปยังเครื่องคาวเปอร์อีกเครื่องหนึ่งโดยอัตโนมัติ และก๊าซจากเตาถลุงเหล็กจะเริ่มเป่าลมเข้าไปในเตาถลุงเหล็ก ในเครื่องคาวเปอร์ร้อน อากาศจะถูกทำให้ร้อน และช่วยประหยัดเชื้อเพลิง ซึ่งจะต้องใช้ในปริมาณมากในการทำความร้อนอากาศที่เข้าสู่เตาถลุงเหล็ก เตาหลอมเหล็กแต่ละเตาจะมีคาวเปอร์หลายตัว

■ 72. องค์ประกอบของประจุของเตาถลุงเหล็กคืออะไร?
73. ทำรายการกระบวนการทางเคมีหลักที่เกิดขึ้นระหว่างการถลุงเหล็กหล่อ
74. องค์ประกอบของก๊าซเตาหลอมคืออะไร และนำไปใช้ในวัวได้อย่างไร?
75. แร่เหล็กแม่เหล็กที่มีสารเจือปน 10% สามารถรับเหล็กหล่อที่มีคาร์บอน 4% ได้เท่าใด
76. โค้กมีปริมาตรเท่าใดจึงทำให้คาร์บอนมอนอกไซด์มีปริมาณเพียงพอที่จะลดธาตุเหล็กออกไซด์ได้ 320 กิโลกรัม หากโค้กมีคาร์บอนบริสุทธิ์ 97%
77. ไซเดอไรต์ควรได้รับการประมวลผลอย่างไรเพื่อให้ได้ธาตุเหล็ก?

การทำเหล็ก

เหล็กถูกถลุงในเตาเผาสามประเภท ได้แก่ เตาหลอมแบบเปิดเตาใหม่ คอนเวอร์เตอร์ Bessemer และเตาไฟฟ้า
เตาแบบเปิดเป็นเตาที่ทันสมัยที่สุดซึ่งออกแบบมาเพื่อการถลุงเหล็กจำนวนมาก (รูปที่ 84) เตาแบบเปิดไม่เหมือนกับเตาถลุงเหล็กตรงที่ไม่ใช่เตาที่ทำงานอย่างต่อเนื่อง

ข้าว. 84. แผนผังของเตาเผาแบบเปิด

ส่วนหลักคืออ่างอาบน้ำซึ่งมีการใส่วัสดุที่จำเป็นผ่านหน้าต่างโดยใช้เครื่องพิเศษ อ่างอาบน้ำเชื่อมต่อกันด้วยทางเดินพิเศษไปยังเครื่องกำเนิดใหม่ซึ่งทำหน้าที่ให้ความร้อนกับก๊าซที่ติดไฟได้และอากาศที่จ่ายให้กับเตาเผา ความร้อนเกิดขึ้นเนื่องจากความร้อนของผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ซึ่งถูกส่งผ่านเครื่องกำเนิดใหม่เป็นครั้งคราว เนื่องจากมีหลายแห่ง พวกมันจึงทำงานตามลำดับและร้อนขึ้นตามลำดับ เตาเผาแบบเปิดสามารถผลิตเหล็กได้มากถึง 500 ตันต่อการหลอมละลาย

ค่าใช้จ่ายของเตาเผาแบบเปิดมีความหลากหลายมาก: ค่าใช้จ่ายรวมถึงเหล็กหล่อ, เศษโลหะ, แร่, ฟลักซ์ (ฟลักซ์) ที่มีลักษณะเดียวกับในกระบวนการเตาถลุงเหล็ก เช่นเดียวกับในกระบวนการเตาถลุงเหล็ก ในระหว่างการถลุงเหล็ก อากาศและก๊าซที่ติดไฟได้จะถูกให้ความร้อนในรีเจนเนอเรเตอร์โดยใช้ความร้อนของก๊าซเสีย เชื้อเพลิงในเตาเผาแบบเปิดคือน้ำมันเชื้อเพลิงที่พ่นด้วยหัวฉีดหรือก๊าซที่ติดไฟได้ซึ่งปัจจุบันมีการใช้กันอย่างแพร่หลายโดยเฉพาะ เชื้อเพลิงที่นี่ทำหน้าที่เพียงเพื่อรักษาอุณหภูมิในเตาเผาให้สูงเท่านั้น
กระบวนการถลุงเหล็กโดยพื้นฐานแล้วแตกต่างจากกระบวนการเตาถลุงเหล็ก เนื่องจากกระบวนการเตาถลุงเหล็กเป็นกระบวนการรีดิวซ์ และการถลุงเหล็กเป็นกระบวนการออกซิเดชั่น โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อลดปริมาณคาร์บอนโดยการออกซิไดซ์ในมวลโลหะ กระบวนการที่เกิดขึ้นค่อนข้างซับซ้อน

ที่มีอยู่ในแร่และส่งอากาศไปยังเตาเผาเพื่อเผาไหม้เชื้อเพลิงที่เป็นก๊าซมันจะออกซิไดซ์เช่นเดียวกับเหล็กจำนวนมากโดยเปลี่ยนเป็นเหล็ก (II) ออกไซด์เป็นหลัก: 2Fe + O2 = 2FeO
ที่มีอยู่ในเหล็กหล่อหรือโลหะอื่นเจือปนใดๆ ที่อุณหภูมิสูงจะลดเหล็ก (II) ออกไซด์ที่เกิดขึ้นให้เป็นเหล็กโลหะอีกครั้งตามสมการ: Si + 2FeO = SiO2 + 2Fe Mn + FeO = MnO + Fe
ทำปฏิกิริยาคล้ายกันกับเหล็ก (II) ออกไซด์และ: C + FeO = Fe + CO
ในตอนท้ายของกระบวนการ "deoxidizers" - ferroalloys - จะถูกเพิ่มเพื่อคืนสภาพเหล็ก (II) ออกไซด์ที่เหลืออยู่ (หรือตามที่พวกเขาพูดเพื่อ "กำจัดออกซิไดซ์") สารเติมแต่งของแมงกานีสและซิลิกอนที่มีอยู่ในสารเหล่านี้จะช่วยลดปริมาณเหล็ก (II) ออกไซด์ที่เหลืออยู่ตามสมการข้างต้น หลังจากนี้การหลอมละลายจะสิ้นสุดลง การหลอมในเตาเผาแบบเปิดใช้เวลา 8-10 ชั่วโมง

ข้าว. 85. แผนภาพการออกแบบตัวแปลง Bessemer

ตัวแปลง Bessemer (รูปที่ 85) เป็นเตาเผาแบบเก่า แต่มีผลผลิตที่สูงมาก เนื่องจากตัวแปลงทำงานโดยไม่สิ้นเปลืองเชื้อเพลิง วิธีการผลิตเหล็กนี้จึงมีความสำคัญในด้านโลหะวิทยา คอนเวอร์เตอร์เป็นภาชนะเหล็กรูปลูกแพร์ความจุ 20-30 ตัน บุด้านในด้วยอิฐทนไฟ การละลายแต่ละครั้งในคอนเวอร์เตอร์จะใช้เวลา 12-15 นาที คอนเวอร์เตอร์มีข้อเสียหลายประการ: สามารถใช้งานได้กับเหล็กหล่อเหลวเท่านั้น นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าคาร์บอนออกซิเดชันเกิดขึ้นโดยอากาศที่ส่งผ่านจากด้านล่างผ่านเหล็กหล่อเหลวทั้งหมดซึ่งจะช่วยเร่งการหลอมละลายและเพิ่มความเข้มข้นของการเกิดออกซิเดชันได้อย่างมาก โดยธรรมชาติแล้ว “การเสีย” ของธาตุเหล็กในกรณีนี้จะยิ่งใหญ่เป็นพิเศษ ในเวลาเดียวกัน เวลาหลอมเหลวที่สั้นทำให้ไม่สามารถควบคุมหรือเติมอัลลอยด์ได้ ดังนั้นเหล็กกล้าคาร์บอนส่วนใหญ่จึงถูกหลอมในคอนเวอร์เตอร์ เมื่อสิ้นสุดการหลอมเหลว การจ่ายอากาศจะหยุดลง และเช่นเดียวกับในกระบวนการเปิดเตาจะมีการเติม "สารกำจัดออกซิไดเซอร์"

ในเตาไฟฟ้า (รูปที่ 86) โลหะผสมเหล็กเกรดพิเศษจะถูกหลอม ส่วนใหญ่มีจุดหลอมเหลวสูง บรรจุและสารเติมแต่งอื่น ๆ เหล็กสำเร็จรูปจะถูกส่งไปรีด ที่นั่น ในโรงรีดขนาดใหญ่ - โรงสีบานและโรงสีพื้น - แท่งเหล็กร้อนถูกบีบอัดโดยใช้ลูกกลิ้ง ซึ่งทำให้สามารถผลิตรูปทรงต่างๆ จากแท่งเหล็กได้

รูปที่ 86 แผนผังของเตาอาร์คไฟฟ้า 1 - อิเล็กโทรด, 2 - หน้าต่างโหลด, 3 - รางสำหรับปล่อยเหล็ก, 4 - กลไกแบบหมุน

เหล็กในรูปของโลหะผสมมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบเศรษฐกิจของประเทศ ไม่มีภาคส่วนใดของเศรษฐกิจของประเทศที่สามารถทำได้หากไม่มีสิ่งนี้ เพื่อรักษาโลหะที่เป็นเหล็ก ในปัจจุบันเมื่อใดก็ตามที่เป็นไปได้ พวกเขาจึงพยายามแทนที่ด้วยวัสดุสังเคราะห์
โลหะกลุ่มเหล็กใช้ในการผลิตเครื่องมือกลและรถยนต์ เครื่องบินและเครื่องมือ การเสริมแรงสำหรับโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็ก ดีบุกสำหรับกระป๋องและแผ่นหลังคา เรือและสะพาน เครื่องจักรและคานทางการเกษตร ท่อ และผลิตภัณฑ์ในครัวเรือนทุกประเภท

■ 78. อะไรคือความแตกต่างพื้นฐานระหว่างกระบวนการถลุงเหล็กและกระบวนการเตาถลุงเหล็ก?
79. เตาชนิดใดที่ใช้ถลุงเหล็ก?
80. รีเจนเนอเรเตอร์ในเตาเผาแบบเปิดคืออะไร?

81. ระบุองค์ประกอบของประจุเตาหลอมแบบเปิดและความแตกต่างจากองค์ประกอบของประจุเตาถลุงเหล็ก?
82. “สารกำจัดออกซิไดซ์” คืออะไร?
83. เหตุใดการถลุงเหล็กจึงเรียกว่าการถลุงแบบออกซิเดชั่น?
84. เหล็กที่มีคาร์บอน 1% สามารถผลิตได้จากเหล็กหล่อที่มีคาร์บอน 116.7 กิโลกรัมที่มีคาร์บอน 4% ได้เท่าใด
85. ต้องใช้เฟอร์โรแมงกานีสที่มีแมงกานีส 80% มากแค่ไหนในการ "กำจัดออกซิไดซ์" เฟอร์รัสออกไซด์ 36 กิโลกรัม

บทความในหัวข้อ Iron กลุ่มย่อยรองของกลุ่ม VIII

เหล็กและไฟฟ้า คุณสมบัติของเหล็กมีความหลากหลาย มีเหล็กที่ออกแบบมาให้ใช้งานได้ยาวนานในน้ำทะเล เหล็กที่ทนต่ออุณหภูมิสูง และ...

กลุ่มย่อยประกอบด้วย 9 องค์ประกอบ และในแง่นี้มีเอกลักษณ์เฉพาะในตารางธาตุ คุณสมบัติพิเศษอีกประการหนึ่งของกลุ่มนี้คือองค์ประกอบของกลุ่มย่อยนี้ไปไม่ถึงสถานะออกซิเดชันสูงสุด (ยกเว้น Ru และ Os) เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปในการแบ่งธาตุ 9 ชนิดออกเป็น 4 ตระกูล ได้แก่ ธาตุเหล็กและ Ru-Os, Rh-Ir, Pd-Pt dyads การแบ่งส่วนนี้มีเหตุผลโดยสมมาตรของระดับย่อย 3 มิติขององค์ประกอบ Fe, Co และ Ni รวมถึงการบีบอัดแลนทาไนด์ของ Os, Ir และ Pt

เคมีของธาตุเหล็กสามชนิด สารเชิงเดี่ยว

เหล็กมีปริมาณมากเป็นอันดับสี่ของโลก แต่ส่วนใหญ่อยู่ในสถานะที่ไม่เหมาะสมกับการใช้ในอุตสาหกรรม (อะลูมิโนซิลิเกต) เฉพาะแร่ที่มีเหล็กออกไซด์ FeO และ Fe 2 O 3 เท่านั้นที่มีความสำคัญทางอุตสาหกรรม โคบอลต์และนิกเกิลเป็นธาตุหายากซึ่งถึงแม้จะก่อตัวเป็นแร่ธาตุในตัวเอง แต่ก็สกัดจากแร่โพลีเมทัลลิกในทางอุตสาหกรรมได้

การผลิตองค์ประกอบขึ้นอยู่กับการรีดักชันของออกไซด์ อนุพันธ์ของคาร์บอน (โค้ก, CO) ถูกใช้เป็นตัวรีดิวซ์ ดังนั้นโลหะที่ได้จึงมีคาร์บอนมากถึงหลายเปอร์เซ็นต์ เหล็กที่มีคาร์บอนมากกว่า 2% เรียกว่าเหล็กหล่อ วัสดุนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการหล่อผลิตภัณฑ์ขนาดใหญ่ แต่มีความแข็งแรงเชิงกลต่ำ โดยการเผาไหม้คาร์บอนในเตาเผาหรือเครื่องแปลงไฟแบบเปิดจะได้เหล็กซึ่งสามารถผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีความแข็งแรงทางกลได้ การพึ่งพาคุณสมบัติของวัสดุเกี่ยวกับวิธีการผลิตและการแปรรูปนั้นมองเห็นได้ชัดเจนโดยเฉพาะสำหรับเหล็ก: การรวมกันของการชุบแข็งและการแบ่งเบาบรรเทาทำให้ได้วัสดุที่มีคุณสมบัติแตกต่างกัน

การได้รับ Co และ Ni เป็นกระบวนการที่ซับซ้อน ในขั้นตอนสุดท้าย โลหะออกไซด์ (CoO, Co 2 O 3, NiO) จะลดลงด้วยคาร์บอน และโลหะที่ได้จะถูกทำให้บริสุทธิ์ด้วยกระแสไฟฟ้า

คุณสมบัติของสารธรรมดาขึ้นอยู่กับการมีอยู่ขององค์ประกอบอื่น ๆ ที่ไม่บริสุทธิ์อย่างมาก โลหะขนาดกะทัดรัดบริสุทธิ์จะคงตัวในอากาศที่อุณหภูมิปกติเนื่องจากการก่อตัวของฟิล์มออกไซด์ที่เข้มข้น โดยเฉพาะ Ni อย่างไรก็ตาม ในสถานะที่มีการกระจายตัวสูง โลหะเหล่านี้จะลุกติดไฟได้เองในตัว กล่าวคือ ติดไฟด้วยตนเอง

เมื่อถูกความร้อน Fe, Co, Ni จะทำปฏิกิริยากับอโลหะพื้นฐาน และปฏิกิริยาของเหล็กกับคลอรีนจะเกิดขึ้นอย่างเข้มข้นเป็นพิเศษเนื่องจากความผันผวนของ FeCl 3 ที่เกิดขึ้น ซึ่งไม่ได้ปกป้องพื้นผิวโลหะจากการเกิดออกซิเดชัน ในทางตรงกันข้ามปฏิสัมพันธ์ของ Ni กับฟลูออรีนไม่ได้เกิดขึ้นจริงเนื่องจากการก่อตัวของฟิล์มฟลูออไรด์ที่แข็งแกร่ง ดังนั้นจึงใช้อุปกรณ์นิกเกิลเมื่อทำงานกับฟลูออรีน

Fe, Co, Ni ไม่ก่อให้เกิดสารประกอบจำเพาะกับไฮโดรเจน แต่สามารถดูดซับได้ในปริมาณที่เห็นได้ชัดเจน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานะที่มีการกระจายตัวสูง ดังนั้นโลหะในตระกูลเหล็กจึงเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดีสำหรับกระบวนการไฮโดรจิเนชัน

โลหะทำปฏิกิริยาได้ดีกับกรดที่ไม่ออกซิไดซ์:

E + 2HCl  ECl 2 + H 2

กรดออกซิไดซ์จะผ่านโลหะ แต่ปฏิกิริยาจะไม่เกิดขึ้นกับด่างเนื่องจากลักษณะพื้นฐานของโลหะออกไซด์

การเชื่อมต่อ e(0)

สถานะออกซิเดชันนี้เป็นลักษณะของคาร์บอนิล เหล็กเกิดเป็นคาร์บอนิลขององค์ประกอบ Fe(CO) 5, โคบอลต์ - Co 2 (CO) 8 และนิกเกิล - Ni(CO) 4 นิกเกิลคาร์บอนิลก่อตัวได้ง่ายเป็นพิเศษ (50 °C ความดันบรรยากาศ) ดังนั้นจึงใช้เพื่อให้ได้นิกเกิลบริสุทธิ์

การเชื่อมต่อ E(+2)

ความเสถียรของสารประกอบในสถานะออกซิเดชันนี้เพิ่มขึ้นจาก Fe เป็น Ni นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าการเพิ่มขึ้นของประจุของนิวเคลียสในขณะที่ขนาดของอะตอมยังคงไม่เปลี่ยนแปลง แต่ก็ทำให้พันธะระหว่างนิวเคลียสกับ d-อิเล็กตรอนแข็งแกร่งขึ้น ดังนั้นส่วนหลังจึงแยกออกได้ยากกว่า

สารประกอบ E(+2) ได้มาจากการละลายโลหะในกรด ไฮดรอกไซด์ E(OH)2 จะตกตะกอนเมื่อเติมสารละลายอัลคาไลลงในสารละลายเกลือที่เป็นน้ำ:

ECl 2 + 2NaOH = E(OH) 2  + 2NaCl

จากนี้เราสามารถสรุปได้ว่าเกลือของโลหะที่เป็นปัญหามีความอ่อนไหวต่อการไฮโดรไลซิสของแคตไอออน จากการไฮโดรไลซิสทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ต่างๆ รวมถึงสารเชิงซ้อนโพลีนิวเคลียร์ เช่น NiOH +

โดยการเผา E(OH) 2 โดยไม่มีอากาศเข้าไป จะทำให้เกิดออกไซด์ได้ ออกไซด์และไฮดรอกไซด์มีลักษณะพื้นฐานเป็นส่วนใหญ่ เฟอร์เรต(+2), โคบอลเทต(+2) และนิเกิลเอต(+2) ได้มาภายใต้สภาวะที่ไม่เอื้ออำนวยเท่านั้น เช่น โดยการผสม:

นา 2 O + NiO = นา 2 NiO 2

ซัลไฟด์ E(+2) สามารถตกตะกอนได้จากสารละลายในน้ำโดยใช้ Na 2 S หรือแม้แต่ H 2 S (ต่างจาก MnS ซึ่งไม่ได้ตกตะกอนด้วย H 2 S) แต่ซัลไฟด์เหล่านี้จะละลายในกรดแก่ ซึ่งใช้ในการวิเคราะห์ทางเคมี :

E 2+ + S 2–  E 2 S, E 2 S + 2H + (เช่น)  E 2+ + H 2 S

ในบรรดาสารประกอบ E(+2) มีเพียง Fe(+2) เท่านั้นที่แสดงคุณสมบัติการรีดิวซ์ที่เห็นได้ชัดเจน ดังนั้นสารประกอบ Fe(+2) แบบธรรมดา (ไม่เชิงซ้อน) ทั้งหมดจึงถูกออกซิไดซ์โดยออกซิเจนในอากาศและตัวออกซิไดซ์ที่แรงอื่นๆ:

4เฟ(OH) 2 + 2H 2 O + O 2  4เฟ(OH) 3

10FeSO 4 + 2KMnO 4 + 8H 2 SO 4  5Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 8H 2 O

สารประกอบของโคบอลต์ (+2) และนิกเกิล (+2) จะถูกออกซิไดซ์โดยตัวออกซิไดซ์ที่แรงเท่านั้น เช่น NaOCl:

E(OH) 2 + NaOCl + xช 2 โอ  จ 2 โอ 3  x H2O + โซเดียมคลอไรด์

การเชื่อมต่อ E(+3)

สารประกอบที่เสถียรในสถานะออกซิเดชันนี้ผลิตโดยเหล็กและโคบอลต์บางส่วน ในบรรดาอนุพันธ์ Ni(+3) มีเพียงสารประกอบเชิงซ้อนเท่านั้นที่เสถียร

ไฮดรอกไซด์ E(OH) 3 ได้มาจากการกระทำของอัลคาไลบนสารละลายเกลือหรือโดยการเกิดออกซิเดชันของ E(OH) 2:

FeCl 3 + 3NaOH = Fe(OH) 3 ↓ + 3NaCl

2Co(OH) 2 + H 2 O 2 = 2Co(OH) 3

ทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีปริมาณน้ำไม่แน่นอน (ไม่มีองค์ประกอบคงที่) ออกไซด์เป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของการคายน้ำของไฮดรอกไซด์ แต่ไม่สามารถรับ Co 2 O 3 และ Ni 2 O 3 บริสุทธิ์ได้ เนื่องจากการสลายตัวของพวกมันเป็นออกซิเจนและออกไซด์ที่ต่ำกว่า สำหรับเหล็กและโคบอลต์สามารถรับออกไซด์ขององค์ประกอบ E 3 O 4 ซึ่งถือได้ว่าเป็นออกไซด์ผสม EOE 2 O 3 ในทางกลับกัน E 3 O 4 เป็นเกลือที่สอดคล้องกับฟังก์ชันที่เป็นกรดของไฮดรอกไซด์ E(OH) 3

เฟ 2 O 3 + นา 2 โอ  2NaFeO 2

ฟังก์ชันหลักของ Fe(OH) 3 แสดงได้ดีกว่ามาก:

เฟ(OH) 3 + 3HCl  FeCl 3 + 3H 2 O

เนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่า Fe(OH) 3 เป็นอิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอ เกลือ Fe(+3) จึงไวต่อการไฮโดรไลซิส ผลิตภัณฑ์ไฮโดรไลซิสจะทำให้สารละลายมีสีน้ำตาลที่มีลักษณะเฉพาะ และเมื่อสารละลายถูกต้ม จะเกิดการตกตะกอนของ Fe(OH) 3:

เฟ 3+ + 3H 2 O  เฟ(OH) 3 + 3H +

ไม่สามารถรับเกลือเชิงเดี่ยว Co(+3) และ Ni(+3) ที่สอดคล้องกับหน้าที่หลักของไฮดรอกไซด์ E(OH) 3 ได้: ปฏิกิริยารีดอกซ์เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดโดยมีการก่อตัวของ E(+2) : :

2Co 3 O 4 + 12HCl  6CoCl 2 + O 2 + 6H 2 O

สารประกอบ Co(+3) และ Ni(+3) สามารถเป็นตัวออกซิไดซ์ได้เท่านั้น และสารประกอบที่ค่อนข้างแรงในขณะนั้น และเหล็ก (+3) ไม่ใช่ตัวออกซิไดซ์ที่แรง อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถรับเกลือ E(+3) ที่มีประจุลบ (I–, S2–) ได้เสมอไป ตัวอย่างเช่น:

2เฟ(OH) 3 + 6HI  2เฟย์ 2 + 6H 2 O + ฉัน 2

เหล็กต่างจากโคบอลต์และนิกเกิลตรงที่จะผลิตอนุพันธ์ของ Fe(+6) ซึ่งได้มาจากปฏิกิริยาออกซิเดชันอย่างรุนแรงของ Fe(OH) 3 ในตัวกลางที่เป็นด่าง:

2เฟ(OH) 3 + 3Br 2 +10KOH  2K 2 FeO 4 + 6KBr + 8H 2 O

เฟอร์เรต (+6) เป็นสารออกซิไดซ์ที่แรงกว่าเปอร์แมงกาเนต

เป็นสารเดียวที่ยังคงเป็นของเหลวที่อุณหภูมิต่ำถึง 0 K โดยจะตกผลึกภายใต้ความดัน 25 atm เท่านั้น มีจุดเดือดต่ำที่สุด ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 2.2 K ฮีเลียมเหลวมีอยู่เป็นส่วนผสมของของเหลวสองชนิด ซึ่งหนึ่งในนั้นมีคุณสมบัติผิดปกติ - โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเป็นของเหลวยิ่งยวด (ความหนืดต่ำกว่าน้ำ 10 พันล้านเท่า)

ฮีเลียมเป็นธาตุที่มีมากเป็นอันดับสอง (รองจากไฮโดรเจน) ในจักรวาล ดวงอาทิตย์ประกอบด้วยดวงอาทิตย์ประมาณ 10% (ค้นพบในปี พ.ศ. 2411) บนโลก ฮีเลียมถูกพบในปี พ.ศ. 2438 ในก๊าซปฏิกิริยาเมื่อแร่เคลวีต์ถูกละลายในกรด ก๊าซมีตระกูลที่เหลือถูกแยกออกจากอากาศ

นีออนเป็นก๊าซเบา: เบากว่าอากาศ 1.44 เท่า เบากว่าอาร์กอนเกือบ 2 เท่า แต่หนักกว่าฮีเลียม 5 เท่า ในแง่ของคุณสมบัติของมัน มันใกล้กับฮีเลียมมากกว่าอาร์กอน สเปกตรัมของนีออนนั้นอุดมไปด้วย: มีการระบุมากกว่า 900 เส้น เส้นที่สว่างที่สุดก่อตัวเป็นลำแสงในส่วนสีแดง สีส้ม และสีเหลืองของสเปกตรัมที่คลื่นตั้งแต่ 6599 ถึง 5400 Ǻ รังสีเหล่านี้ถูกดูดซับและกระเจิงโดยอากาศและอนุภาคที่แขวนอยู่ในนั้นน้อยกว่ารังสีคลื่นสั้น - สีน้ำเงิน, สีคราม, สีม่วง

ในปี พ.ศ. 2441 ในโลกเก่าเมื่อศึกษาด้วยสเปกโตรสโคปส่วนแรกของก๊าซที่ระเหยจากอากาศของเหลว William Ramsay (Ramsay) นักเคมีชาวสก็อตแลนด์ร่วมกับ Morris William Traver ค้นพบก๊าซชนิดใหม่ในตัวพวกเขา Neon (Ne 6) ซึ่งเป็นก๊าซเฉื่อยที่บรรจุอยู่ในอากาศในปริมาณที่จุลภาค

อาร์กอนเป็นก๊าซโมเลกุลเดี่ยวที่มีจุดเดือด (ที่ความดันปกติ) ที่ -185.9 °C (ต่ำกว่าออกซิเจนเล็กน้อย แต่สูงกว่าไนโตรเจนเล็กน้อย) จุดหลอมเหลว -189.3 °C ในน้ำ 100 มล. ที่ 20 °C มีปริมาณ 3.3 มล. อาร์กอนละลาย อาร์กอนละลายในตัวทำละลายอินทรีย์บางชนิดได้ดีกว่าในน้ำ

ค้นพบโดย J. Rayleigh และนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ W. Ramsay ในปี 1894 จากทางอากาศ ก๊าซมีความโดดเด่นด้วยองค์ประกอบเชิงโมเลกุลของโมเลกุลและการไม่มีฤทธิ์ทางเคมีเกือบทั้งหมด (อาร์กอนไม่เกิดปฏิกิริยาเคมีใด ๆ ) ก๊าซชนิดใหม่มีชื่อ (กรีก argos ไม่ใช้งาน)

คริปทอนเป็นก๊าซโมเลกุลเดี่ยวเฉื่อยที่ไม่มีสี รส หรือกลิ่น หนักกว่าอากาศ 3 เท่า t pl = - 157.3 o C, t เดือด = - 152.0 o C, ความหนาแน่นที่สภาวะปกติ เท่ากับ 3.74 กรัม/ลิตร เปิดในปี พ.ศ. 2441 โดย W. Ramsay (อังกฤษ) การใช้งาน: สำหรับเติมหลอดไส้ สารประกอบคริปทอนเป็นสารออกซิไดซ์และสารฟลูออริเนตในปฏิกิริยาการสังเคราะห์ทางเคมี

ซีนอนเป็นก๊าซโมเลกุลเดี่ยวเฉื่อยที่ไม่มีสี รส หรือกลิ่น Tmelt 112 °C, Tt 108 °C, เรืองแสงในสีม่วงที่ปล่อยออกมา ในปี พ.ศ. 2432 นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ Wu Ramsay ได้แยกส่วนผสมออกจากอากาศของเหลวซึ่งมีการค้นพบก๊าซสองชนิดโดยวิธีสเปกตรัม: คริปทอน ("ซ่อน", "ความลับ") และซีนอน ("มนุษย์ต่างดาว", "ผิดปกติ")

เรดอนเป็นก๊าซอะตอมเดี่ยวที่มีกัมมันตภาพรังสี ไม่มีสีและไม่มีกลิ่น ความสามารถในการละลายน้ำ 460 มล./ลิตร; ในตัวทำละลายอินทรีย์และในเนื้อเยื่อไขมันของมนุษย์ ความสามารถในการละลายของเรดอนจะสูงกว่าในน้ำหลายสิบเท่า กัมมันตภาพรังสีของเรดอนทำให้มันเรืองแสง ก๊าซเรดอนและของเหลวเรืองแสงด้วยแสงสีน้ำเงิน สีของแสงที่ปล่อยออกมาจากก๊าซเรดอนจะเป็นสีน้ำเงิน

ผลึกไม่มีสี ละลายได้ในน้ำ โมเลกุลมีลักษณะเป็นเส้นตรง สารละลายในน้ำเป็นตัวออกซิไดซ์ที่แรงมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด โดยมันจะออกซิไดซ์โบรมีนและแมงกานีสให้มีสถานะออกซิเดชันสูงสุดที่ +7 ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง มันจะไฮโดรไลซ์ตามสมการ: XeF 2 + 4KOH = 2Xe + 4KF + O 2 + 2H 2 O

เมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำ XeF 4 จะไม่สมส่วน: 6XeF H 2 O = 2XeО NF + 4Xe + 3О 2

เกิดขึ้นในระหว่างการไฮโดรไลซิสของ XeF 4 เป็นสารสีขาว ไม่ระเหยง่าย ระเบิดได้สูง ละลายได้สูงในน้ำ และสารละลายมีปฏิกิริยาเป็นด่างเล็กน้อย เมื่อโอโซนทำปฏิกิริยากับสารละลายดังกล่าวจะเกิดเกลือของกรดซีนอนขึ้นซึ่งซีนอนมีสถานะออกซิเดชันที่ +8: XeO 3 + O 3 + 4NaOH = Na 4 XeO 6 + O H 2 O

สามารถรับได้โดยการทำปฏิกิริยาแบเรียมเปอร์ซีเนตกับกรดซัลฟิวริกปราศจากน้ำที่อุณหภูมิต่ำ: Ba 2 XeO 6 + 2H 2 SO 4 = 2 BaSO 4 + XeO H 2 O XeO 4 เป็นก๊าซไม่มีสีที่ระเบิดได้มากและสลายตัวที่อุณหภูมิสูงกว่า 0 ° C : 3XeО 4 = 2XeО 3 + Xe + 3О 2