Как выглядит железо в реальной жизни
Обновлено: 14.05.2024
Железо есть в центре Земли и даже в нашей крови. С этим металлом также связаны тайны, такие как исчезающее железо Земли и древние китайские гончары, создавшие редкий вид железа, который не могут повторить в современной лаборатории. Железо может казаться скучным, но оно появляется в самых странных местах: в виде крошечных шариков в головах птиц или рек расплавленного металла глубоко под землей. Железо также может вести себя странно, делая фрукты фиолетовыми и даже притворяясь драгоценным металлом, платиной.
10. Ключ жизни
Кислород является ключом к жизни на Земле, и понимание того, откуда он появился, может рассказать, как началась жизнь. Одна из самых больших загадок случилась 2,5–2,4 млрд. лет назад. В этот момент непонятно почему стал повышаться уровень кислорода. Лучшая подсказка в решении данной загадки была обнаружена в Западной Австралии. Здесь находятся полосчатые железные руды, относящиеся ко времени, когда атмосфера стала богатой кислородом.
Железная руда может содержать изотопы серы. Химия частиц может показать, как все происходило. В этом случае они могли бы дать четкий снимок самой ранней эволюции кислорода. Предыдущие исследования также показали, что у Восточной Пилбары (East Pilbara) более древняя история вулканизма, и что рост числа вулканов, возможно, способствовал образованию богатой кислородом атмосферы. К сожалению, изотопы находятся глубоко под землей и недоступны для обычных ученых. Если бы добыть образцы помогла какая-нибудь горнодобывающая компания, то они могли бы раскрыть историю того, как мир без кислорода становился все более готовым к зарождению жизни.
9. Фиолетовый апельсин
В 2018 году одна жительница Австралии разрезала апельсин. В течение нескольких часов на мякоти плода таинственным образом появились фиолетовые пятна. Странные кусочки апельсина унесли в лабораторию вместе с ножом, которым пользовалась хозяйка. Когда исследователи услышали, что муж женщины заточил лезвие одним или двумя днями ранее, они также забрали стальную точилку.
Как оказалось, причиной стало сочетание определенных факторов. Тесты показали, что фиолетовые пятна были результатом реакции между пигментом антоцианом и железом. Пигмент содержится в апельсинах, а железо появилось после того, как нож наточили. Несмотря на то, что нож потом ополоснули, на нем осталось немного микроскопических кусочков металла. Во время разрезания апельсина, они перешли на мякоть фрукта. Вероятно, эту химическую реакцию усилила низкая температура, когда апельсин поместили в холодильник.
8. Почему руки пахнут как железные монеты
Фото: Live Science
Обычно от монет на руках остается специфический запах. В 2006 году немецкие исследователи обнаружили, что металлический запах производится кожей человека. Во время исследования семь добровольцев вступали в контакт с железосодержащими предметами. После этого они сообщили, что их руки пахли металлом, и последующие пробы, взятые с кожи, обнаружили источник запаха. Это была молекула под названием 1-октен-2-один. Это органическое соединение образуется при разложении кожных масел.
По-видимому, после того, как вы прикасаетесь к железному предмету, от пота к каждому атому железа добавляется два электрона. В результате атомы железа становятся вдвойне отрицательными, а их реакция с кожными маслами приводит к разложению последних. В результате образуются молекулы 1-октен-2-он. Запах, который мы чувствуем - это не запах железа, а запах нашего тела.
7. Железные вулканы
Космические вулканы ведут себя странно. Например, есть планеты с криовулканами, которые вместо лавы извергают воду. В 2019 году в одной научной статье появилась ранее неизвестная разновидность вулкана. Хотя железных вулканов на Земле не существует, есть шанс, что когда-то они существовали на металлических астероидах в нашей Солнечной системе. В наши дни Солнечная система слишком холодная, чтобы на астероидах мог существовать расплавленный металл, но миллиарды лет назад все было по-другому. Некоторые астероиды начинались как маленькие планеты. В результате столкновений планетезимали обнажились до их ядер из жидкого металла. В процессе их затвердевания, на поверхности наблюдался вулканизм.
Интересно, что если бы вулканы извергали чистое железо, это выглядело бы иначе, чем то, к чему мы привыкли на Земле. Вместо жидкой лавы, текущей плотными потоками, железо, скорее всего, распространяется в виде тонких слоев с низкой вязкостью. Чтобы подтвердить возможность возникновения таких вулканов, ученым необходимо взглянуть на металлический астероид. В 2022 году НАСА планирует запустить космический аппарат для исследования Психеи, самого большого астероида этой группы. Поскольку корабль вернется назад только в 2026 году, доказательства существования железных вулканов придется подождать.
6. Железная река
В последние годы три спутника обнаружили странную вещь. Их целью было изучение магнитного поля планеты, и эти спутники отследили необычные проявления магнитных всплесков под территорией Сибири и Аляски. Вскоре стало ясно, что этот магнитный поток движется. Причина движения оказалась удивительной. К Европе магнитные всплески толкала большая железная река. Расплавленный металл протекал на глубине 3 000 километров под поверхностью и достигал 420 километров в ширину. Река была почти такой же горячей, как поверхность Солнца, и странным образом ускорялась.
За последние 20 лет скорость смертоносной реки увеличилась почти втрое. Хотя причина ускорения остается неизвестной, возможно, это естественный процесс, который мы наблюдаем впервые. Изменения магнитного поля позволяют исследователям отслеживать движение потока, который в настоящее время ежегодно продвигается на 50 километров вперед. Если это на самом деле естественный процесс, то понимание его механизма может помочь нам предсказать будущие изменения магнитного поля Земли.
5. Аварийная настройка северного магнитного полюса
Фото: Smithsonian Magazine
Каждые пять лет Британская геологическая служба (British Geological Survey) и Национальное Управление Океанических и атмосферных исследований (NOAA) обновляют Мировую магнитную модель (МММ) Земли. Поскольку магнитный северный полюс находится в движении, калибровка сложных навигационных систем и простых компасов опирается на Мировую магнитную модель. Полюс приводится в движение непредсказуемыми магнитными силами, возникающими в железном ядре Земли. На протяжении веков магнитный полюс был у канадцев, но с 1860 года он скользил в сторону Сибири. Он преодолел 2414 километров и в 2017 году пересек международную линию смены дат. В 1980-х годах полюс смещался быстрее, но к моменту расчета последней МММ в 2015 году он замедлился. Следующий перерасчет МММ ожидается не раньше конца 2019 года.
Однако за несколько месяцев до дедлайна, ученые заметили, что замедление идет не так, как прогнозировалось. Движение полюса снова ускорилось, и он сдвинулся так резко, что NOAA и британская Геологическая служба выпустили первое «аварийное» обновление МММ. Хотя причина ускорения неясна, возможно, на него повлияли железная река в Канаде и мощное магнитное пятно в Сибири, тянущие полюс на восток.
4. Таинственные железные шарики
Когда стали известны масштабы миграции птиц, появился вопрос. Каким образом стаи птиц пролетают океаны и континенты, чтобы добраться до места назначения? В какой-то момент ученые поняли, что птицы используют для этого магнитное поле Земли. Однако это тоже озадачивало. Для того, чтобы это делать, птицы должны каким-то образом его обнаруживать. В 2013 году, у птиц нашли странную особенность, которая могла бы объяснить их знание о магнитном поле. В данном исследовании рассматривалось нечто, называемое волосковыми клетками. Они находятся внутри уха и улавливают шум и гравитацию. Невероятно, но, когда исследователи увеличили масштаб, они обнаружили, что в каждой клетке есть железный шарик.
Вид пернатых не имел значения. У каждой осматриваемой птицы были железные шарики. Открытие было поразительным - не только потому, что шарики были повсеместно, но и потому, что они так долго ускользали от науки. Пока нельзя сказать ничего определенного, но шарики могут быть частью таинственных магниторецепторов, которые нужны птицам, чтобы следовать по магнитной дорожной карте планеты.
3. Железо исчезает
Фото: Live Science
Земное железо исчезает, и никто не знает почему. В прошлом причиной были вулканы. Эта теория предполагает, что железо поглощал минерал под названием магнетит, когда оно становилось доступным в расплавленной под землей горной породе. Истощение железа происходит с большей скоростью там, где земная кора толстая. Если бы железо «крал» магнетит, то в зонах, где его мало, железа должно было быть больше.
В 2018 году исследователи нашли нового кандидата там, где его было мало, а железа в изобилии. Это был другой минерал - рубиновый гранат. Ученые до сих пор считают, что он «высасывал» железо из лавы. Чтобы подтвердить, что причиной является гранат, ученые исследовали глубокие породы, которые были выброшены из вулканов миллионы лет назад. И в самом деле, в них оказалось много сверкающих минералов. Затем в ходе исследования была изучена глобальная база данных вулканических пород, собранных со всего мира. Анализ показал, что в магме с большим содержанием граната также меньше железа. Хотя для подтверждения этой теории необходимы дополнительные исследования, гранат выглядит очень подходящим кандидатом на роль «похитителя железа».
2. Железо, которое ведет себя как платина
Фото: Smithsonian Magazine
Алхимики веками пытались превратить свинец в золото. Никому из них это не удалось, но самое похожее на трансмутацию явление произошло в 2012 году. В Принстонском университете химик Пол Чирик (Paul Chirik) заставил другие молекулы «думать», что железо - это платина. Последствия могут быть далеко идущими. Железо намного дешевле платины, драгоценного металла, который в 2012 году стоил около 22 000 долларов за 450 г. Для сравнения, 450 г железа тогда стоили 0,50 доллара. Если дешевая псевдоплатина заменит настоящую, то стоимость технологий, связанных с драгоценным металлом, также может снизиться. Платина используется в качестве катализатора для производства высокооктанового топлива и фармацевтических препаратов. Как Чирику это удалось?
Его решение было простым. Он обернул молекулу железа в лиганд - другую молекулу, но органическую. Лиганд изменял количество электронов, связанных с другими химическими веществами, заставляя последние вступать во взаимодействие с железом как с платиной.
1. Редкое химическое соединение в древних сосудах
Фото: Live Science
Керамика Цзянь (Jian) была произведена в Китае во времена династии Сун (Song). Между 960 и 1279 годами такие чаши стали высоко цениться. Любители чая, особенно из Японии, оценили их способность сохранять тепло. Кроме того, эти сосуды были прекрасны. Покрытую темной глазурью поверхность украшали узоры, называемые «заячьей шерстью», «пятнами куропаток» или «масляными пятнами». Дизайн был обусловлен тем, что в глазурь добавили расплавленное железо. В 2014 году проанализировали химический состав и микроструктуру керамики Цзянь. Исследование показало невероятное. В чашах, особенно с дизайном «масляные пятна», содержался высокий уровень чистого оксида железа эпсилон-фазы.
Ученые ищут это соединение днем с огнем. Оно обещает нам магниты, которые мощнее, нетоксичны и устойчивы к коррозии, что позволит получить более качественную электронику. Этот оксид железа также удешевит производство таких магнитов. Однако все попытки создать чистый оксид железа эпсилон-фазы потерпели неудачу. Глазурь Цзянь может раскрыть рецепт редкого соединения, которое в один прекрасный день исследователи надеются успешно воспроизвести.
СВОЙСТВА
ПРОИСХОЖДЕНИЕ
СТРУКТУРА
Две модификации кристаллической решетки железа
- В интервале температур от самых низких до 910°С —а-феррит (альфа-феррит), имеющий строение кристаллической решетки в виде центрированного куба;
- В интервале температур от 910 до 1390°С — аустенит, кристаллическая решетка которого имеет строение гранецентрированного куба;
- В интервале температур от 1390 до 1535°С (температура плавления) — д-феррит (дельта-феррит). Кристаллическая решетка д-феррита такая же, как и а-феррита. Различие между ними только в иных (для д-феррита больших) расстояниях между атомами.
При охлаждении жидкого железа первичные кристаллы (центры кристаллизации) возникают одновременно во многих точках охлаждаемого объема. При последующем охлаждении вокруг каждого центра надстраиваются новые кристаллические ячейки, пока не будет исчерпан весь запас жидкого металла.
В результате получается зернистое строение металла. Каждое зерно имеет кристаллическую решетку с определенным направлением его осей.
При последующем охлаждении твердого железа при переходах д-феррита в аустенит и аустенита в а-феррит могут возникать новые центры кристаллизации с соответствующим изменением величины зерна
ПРИМЕНЕНИЕ
Кольцо из железа
Железо — один из самых используемых металлов, на него приходится до 95 % мирового металлургического производства.
Железо является основным компонентом сталей и чугунов — важнейших конструкционных материалов.
Железо может входить в состав сплавов на основе других металлов — например, никелевых.
Магнитная окись железа (магнетит) — важный материал в производстве устройств долговременной компьютерной памяти: жёстких дисков, дискет и т. п.
Ультрадисперсный порошок магнетита используется во многих чёрно-белых лазерных принтерах в смеси с полимерными гранулами в качестве тонера. Здесь одновременно используется чёрный цвет магнетита и его способность прилипать к намагниченному валику переноса.
Уникальные ферромагнитные свойства ряда сплавов на основе железа способствуют их широкому применению в электротехнике для магнитопроводов трансформаторов и электродвигателей.
Хлорид железа(III) (хлорное железо) используется в радиолюбительской практике для травления печатных плат.
Семиводный сульфат железа (железный купорос) в смеси с медным купоросом используется для борьбы с вредными грибками в садоводстве и строительстве.
Железо применяется в качестве анода в железо-никелевых аккумуляторах, железо-воздушных аккумуляторах.
Водные растворы хлоридов двухвалентного и трёхвалентного железа, а также его сульфатов используются в качестве коагулянтов в процессах очистки природных и сточных вод на водоподготовке промышленных предприятий.
21 интересный факт об железе
Железо является четвёртым по распространённости элементом на нашей планете. Содержание его в земной коре составляет почти целых 5% от общей массы. Именно благодаря железу и умению его обрабатывать люди сумели построить современную цивилизацию. Да и сегодня этот всю нашу жизнь мы окружены изделиями из этого металла, и хорошо, что его в недрах нашей планеты ещё много.
1. Итак, Железо (обозначается химическим символом Fe, произносится по-латыни как ferrum) - это серебристо-белый металл. Железо без примесей других элементов мягкое, гибкое и пластичное (его можно вытягивать в тонкую проволоку).
2. На железо приходится около 4,65% всей массы земной коры. Между прочим, среди всех металлов в земной коре только алюминий превосходит его по распространённости. Кстати, каждые 45-47 минут из недр Земли извлекается столько же железа, сколько было добыто золота за всю историю.
3. Самый большой железный метеорит был найден в Намибии (Африка) в 1920 году. Его вес около 66 тонн. Это считается самым большим куском чистого железа на нашей планете.
4. Железо является основным компонентом в составе чугуна и стали. Сталь представляет собой ковкий сплав же¬леза (основа) с углеродом (при содержа¬нии углерода 0,1 -1,5 %). У стали такие же химические свойства, как и у железа. Для улучшения механических свойств сталь обычно подвергают закалке. Для этого ее сначала нагревают докрасна, а потом опускают в холодную жидкость. Это прида¬ет стали большую твердость (закаленная сталь). Чугун - это сплав железа (основа) с углеро¬дом (2-5 %). Из-за повышенного содержа¬ния углерода чугун, как правило, хрупок.
5. В мире насчитывается свыше 300 минералов, в состав которых входит железная руда, промышленные руды содержат до 70% железа.
6. Первое место в мире по добыче железа принадлежит России. Такие руды, как гематит, сидерит и пирит используют для промышленного получения железа. Железо в чистом виде содержится только в метеоритах и нескольких месторождениях на западе Гренландии.
7. В 1813 году во время войны с Наполеоном прусская принцесса Марианна придумала способ пополнения казны. Немецким женщинам предложили обменивать золотые украшения на аналогичные ювелирные предметы из железа, на которых был надпись «Gold gab ich für Eisen» («Золотом отдам я за Железо»). Ношение таких украшений быстро вошло в моду и подчёркивало патриотизм обладательницы. Похожая идея способствовала созданию в том же 1813 году одной из самых знаменитых немецких наград, Железного креста. В отличие от других существующих медалей, Железный крест из драгоценного имел только скромную серебряную оправу.
8. Железо испаряется, если нагреть его до температуры в 2862 градуса. При этом оно становится жидким при нагреве до 1538 градусов.
9. При комнатной температуре железо легко намагничивается. Однако его трудно на¬магнитить в нагретом виде. Магнитные свойства железа исчезают при температу¬ре около +800 °С.
10. Ржавчина - это просто оксид железа, окисляющегося при контакте с кислородом.
11. Наша кровь имеет красный цвет именно благодаря железу, которое входит в состав красных кровяных телец, переносящих кислород. У некоторых моллюсков аналогичные процессы основаны не на железе, а на меди, поэтому кровь у них голубого цвета.
13. Период полураспада самого долгоживущего изотопа железа достигает 2,6 миллиона лет, а самого короткоживущего - менее 10 минут.
14. В речной воде содержание железа в 100-1000 раз выше, чем в морской.
15. О железе упоминается в Коране. В 57 суре говорится - «.. мы низвели вам и железо, в котором сильное зло и многая польза для людей..»
16. Железо полностью растворяется в серной и азотной кислоте.
17. Ледник Тейлора в Антарктиде знаменит Кровавым водопадом. Содержащееся в нем в двухвалентное железо, окисляясь кислородом воздуха, образует красного цвета окись железа, которое придаёт водопаду кроваво-рыжий оттенок. Производят двухвалентное железо бактерии, живущие на глубине под толщей льда.
18. На дне Индийского океана в области гидротермальных источников существуют улитки, раковина которых состоит из трех слоев: арагонита (материала обычного для моллюска), мягкого среднего слоя из органического наполнителя и внешнего из минерала железа. Кроме того, минералы железа входят в состав чешуек, покрывающих ногу улитки.
19. Атомиум - это гигантская молекула железа построенная в Брюсселе в 1958 году. Имеет девять круглых сфер диаметром 18 м, и является увеличенной копией молекулы железа в 165 миллиардов. Высота 102 метра, а суммарный вес этой конструкции превышает 2400 тонн. Туристы могут передвигаться от сферы к сфере по трубам длинна которых составляет 23 метра.
20. Вегетарианцам требуется почти в 2 раза больше железа чем не вегетарианцам.
21. Если еда готовится в чугунной или железной посуде, то содержание железо в еде увеличится от 1,2 до 21 раза.
ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА
Железо — один из самых распространённых элементов в Солнечной системе, особенно на планетах земной группы, в частности, на Земле. Значительная часть железа планет земной группы находится в ядрах планет, где его содержание, по оценкам, около 90 %. Содержание железа в земной коре составляет 5 %, а в мантии около 12 %.
Художник показывает, как известные персонажи выглядели бы в реальной жизни (17 фото)
Мультперсонажи далеки от реальности, и большинство из нас даже не может представить, как бы они выглядели в реальной жизни. Тогда нам на помощь приходят художники, показывая, какими были бы известные персонажи, будь они более человекоподобными.
Хоссейн Диба ( Hossein Diba ) вышел за рамки обычного двухмерного рисования этих персонажей и создаёт полноценных героев мультфильмов и видеоигр с помощью программного обеспечения 3D, и результаты говорят сами за себя.
Железо
Железо — ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро корродирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе. Обозначается символом Fe (лат. Ferrum). Один из самых распространённых в земной коре металлов (второе место после алюминия).
Смотрите так же:
Читайте также: