Минералы в составе которых железо. Главнейшие минералы железных руд

Железо - самый распространенный после алюминия металл на земном шаре; оно составляет около 5% земной коры. Встречается железо в виде различных соединений: оксидов, сульфидов, силикатов. В свободном виде железо находят в метеоритах, изредка встречается самородное железо (феррит) в земной коре как продукт застывания магмы.

Железо входит в состав многих минералов, из которых слагаются месторождения железных руд.

Основные рудные минералы железа: Гематит (железный блеск, красный железняк) - Fe 2 0 3 (до 70% Fe); Магнетит (магнитный железняк) - Ре 3 0 4 (до 72,4%> Fe); Гетит - FeOOFI

Гидрогетыт - Fe00H*nH 2 0 (лимонит) - (около 62% Fe); Сидерит - Fe(C0 3) (около 48,2% Fe); Пирит - FeS 2

Месторождения железных руд образуются в различных геологических условиях; с этим связано разнообразие состава руд и условий их залегания. Железные руды разделяются на следующие промышленные типы:

Бурые железняки - руды водной окиси железа (главный минерал - гидрогетит), 30-55%) железа.

Красные железняки, или гематитовые руды (главный минерал - гематит, иногда с магнетитом), 51 -66% железа.

Магнитные железняки (главный минерал - магнетит), 50-65% железа.

Сидеритовые или карбонатные осадочные руды, 30-35% железа.

Силикатные осадочные железные руды, 25-40% железа.

Большие запасы железных руд находятся на Урале, где целые горы (например Магнитная, Качканар, Высокая и др.) образованы магнитным железняком. Большие залежи железных руд имеются вблизи Курска, на Кольском полуострове, в Западной и Восточной Сибири, на дальнем Востоке. Богатые залежи имеются на Украине.

Железо является также одним из наиболее распространенных элементов в природных водах, где среднее содержание его колеблется в интервале 0,01-26 мг/л.

Животные организмы и растения аккумулируют железо. Активно аккумулируют железо некоторые виды водорослей, бактерии.

В теле человека содержание железа колеблется от 4 до 7т (в тканях, крови, внутренних органах).Железо поступает в организм с пищей. Суточная потребность взрослого человека в железе составляет 11-30мг. В основных пищевых продуктах содержится следующее количество железа (в мкг/100г.): Рыба - 1000 Мясо - 3000 Молоко - 70 Хлеб - 4000

В теле человека содержание железа колеблется от 4 до 7г (в тканях, крови, внутренних органах).Железо поступает в организм с пищей. Суточная потребность взрослого человека в железе составляет 11-30мг. В основных пищевых продуктах содержится следующее количество железа (в мкг/100г.): Рыба - 1000 Мясо-3000 Молоко - 70 Хлеб - 4000

Картофель, овощи, фрукты - от 600 до 900

Биологическая роль железа

Для нормального роста и выполнения биологических функций человеку и животным кроме витаминов необходим целый ряд неорганических элементов. Эти элементы можно разделить на 2 класса макроэлементы и микроэлементы.

Макроэлементы, к которым относятся кальций, магний, натрий, калий, фосфор, сера и хлор, требуются организму в относительно больших количествах (порядка нескольких граммов в сутки). Часто они выполняют более чем одну функцию.

Более непосредственное отношение к действию ферментов имеют незаменимые микроэлементы, суточная потребность в которых не превышает нескольких миллиграммов, т.е. сопоставима с потребностью в витаминах. Известно, что в пище животных обязательно должно содержаться около 15 микроэлементов.

Большинство незаменимых микроэлементов служит в качестве кофакторов или простетических групп ферментов. При этом они выполняют какую-нибудь одну функцию из трех (по меньшей мере) возможных функций. Во-первых, незаменимый микроэлемент сам по себе может обладать каталитической активностью по отношению к той иди иной химической реакции, скорость которой в значительной степени возрастает в присутствии ферментного белка. Это особенно характерно для ионов железа и меди. Во-вторых, ион металла может образовывать комплекс одновременно и с субстратом и с активным центром фермента, в результате оба они сближаются друг с другом и переходят в активную форму. Наконец, в-третьих, ион металла может играть роль мощного акцептора электронов на определенной стадии каталитического цикла.

Железо относится к тем микроэлементам, биологические функции которых изучены наиболее полно.

Значение железа для организма человека, как и в целом для живой природы, трудно переоценить. Подтверждением этому может быть не только большая распространенность его в природе, но и важная роль в сложных метаболических процессах, происходящих в живом организме. Биологическая ценность железа определяется многогранностью его функций, незаменимостью другими металлами в сложных биохимических процессах, активным участием в клеточном дыхании, обеспечивающем нормальное функционирование тканей и организма человека.

Железо принадлежит к восьмой группе элементов периодической системы Д. И. Менделеева (атомный номер 26, атомный вес 55,847 , плотность 7,86 г/см). Ценным его свойством является способность легко окисляться и восстанавливаться, образовывать сложные соединения со значительно отличающимися биохимическими свойствами, непосредственно участвовать в реакциях электронного транспорта.

Цели урока:

Образовательная:

• На основании знаний учащихся о строении атомов металлов, об особенностях химической связи, свойствах металлов - простых веществ и их соединений, изучить особенности строения атома железа и проследить взаимосвязь строения атома железа, его свойств и свойств его соединений; познакомиться с важнейшими соединениями железа.
• Развить познавательный интерес к предмету, реализоватьмежпредметныесвязи курсов химии, биологии, истории, географии и литературы.

Развивающая:

• Развить умение учащихся анализировать, сравнивать, обобщать и делать выводы на основании уже имеющихся и вновь полученных знаний, как по химии, так и по другим дисциплинам.
• Прививать навыки поисковой и самостоятельной работы.
• Продолжить работу над формированием навыков по применению знаний при решении теоретических и практических задач (формирование предметной компетентности).

Воспитательная: Содействовать в ходе урока формированию научного мировоззрения, коммуникативной и информационной компетенции.

Тип урока: Урок усвоения новых знаний. Первичное закрепление новых знаний.

Форма организации учебной деятельности обучающихся: групповая, преобладающая работа - самостоятельная. Урок с элементамитехнологии критического мышления.

Оборудование: ПСХЭ, кристаллические решетки металлов, видеоролики, подтверждающие химические свойства железа и его соединений, реактивы (железо в порошке, сера, растворы соляной и серной кислот, сульфат меди, гидроксид натрия, красная и желтая кровяные соли, сульфат железа (II), хлорид железа (III),тиоционат калия),мультимедийное оборудование, диск с записью презентации, электронное пособие по теме "Металлы".

ХОД УРОКА

I. Организационный момент (1-2 мин)

1 стадия "Вызов".На этой фазе происходит актуализация знаний, имеющихся у учащихся, возникает интерес к обсуждаемому вопросу.

Краткое вступительное слово учителя (3 мин.).

Сегодня мы с вами продолжим путешествие в мир металлов: мы не только будем исследовать настоящее, но и заглянем далекое прошлое. Внимание посетителей Всемирной промышленной выставки в 1958 г в Брюсселе привлекло здание Атомиума.Девять громадных, диаметром 18 метров, металлических шаров, как бы парили в воздухе: восемь по вершинам куба, девятый в центре. Это была модель элементарной ячейки кристаллического альфа-железа, увеличенная в 165 млрд. раз (слайд 2)

Учитель объявляет тему урока:"Железо и его соединения" (слайд 3)

Прием "Покопаемся в памяти"

2 стадия - Осмысление новой информации. Учитель предлагает учащимся новую информацию, которую они должны усвоить. На этом этапе может быть предложена работа с текстом, заполнение матричной таблицы, чтение текста с пометками, выписка из текста.

Нахождение железа в природе.

Учащимся раздается печатный материал (Важнейшие природные соединения железа), демонстрируются минералы содержащие железо.

Работа с таблицей.

Ответить на вопросы: а) Какие классы неорганических соединений входят в состав железных минералов? б) Какой минерал имеет самое высокое значение массовой доли железа? в) В каких регионах России добывают железо?

Важнейшие природные соединения железа (слайд 4)

2. Физические свойства железа. Кристаллические решетки железа (слайд 5,6,7)

Прием "Кластер"

1. Напишите в середине листа ключевое выражение: "Физические свойства железа"

2. Начните записывать слова или предложения, которые приходят на ум в связи с данным заданием.

З. По мере того, как у вас возникают идеи, и вы записываете их, начните устанавливать те связи между идеями, которые вам кажутся подходящими.

4. Выпишите столько идей, сколько придёт вам на ум, пока не будут исчерпаны все ваши идеи.

На этом этапе урока возможно использование приема " Маркировочная таблица"(работая с текстом, учащиеся заполняют таблицу)например:

3. Положение атома железа в периодической системе и строение атома (слайд 8)

26 Fe)))) d - элемент VIII-В группы, Аr = 56 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2

4. Химические свойства железа (Слайд 9,10)

На этом этапе урока возможно использование приема "Самоанализ" с опорой на знания общих свойств металлов.

А) При нагревании взаимодействует со многими неметаллами:

* с кислородом 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

* c хлором 2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3

* cсерой Fe + S = FeS

* c азотом 2Fe + N 2 = 2FeN

Б) Пары воды разлагаются раскаленным железом: 3Fe + 4H 2 O = Fe 3 O 4 + 4H 2

В)РазбавленныеHCL и H 2 SO 4 растворяют железо.

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

Г) С концентрированными азотной и серной кислотами при обычных условиях не реагирует (кислоты пассивируют металл)

Д) При нагревании реакция с концентрированной серной кислотой идет по уравнению 2Fe + 6H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Е) Взаимодействуетссолями: Fe + CuCl 2 = FeCl 2 + Cu

5. Свойства соединений Fe +2 и Fe +3 (слайд 11, 12)

6. Лабораторные опыты. Качественные реакции на ионы Fe +2 , Fe +3 .

1. К раствору сульфата железа (II) - (FeSO 4) добавить несколько капель раствора гексацианоферрата (III) калия - красной кровяной соли K 3 . Наблюдаем выпадение осадка турнбулевой сини. Какого цвета?

Записать уравнение реакции:FeSO 4 +K 3 ->

2. К раствору хлорида железа (III) - (FeCl 3) добавить несколько капель раствора гексацианоферрата (II) калия K 4 - желтой кровяной соли. Отметить цвет осадка берлинской лазури. Записать уравнение реакции:

FeCl 3 + K 4 ->

3. К раствору хлорида железа (III) добавить несколько капель раствора тиоцианата калия (KCNS). Наблюдаем цвет раствора. Записать уравнение реакции:

FeCl 3 + KCNS ->

7. Практическое значение солей железа (слайд 13)

1. FeSO 4 * 7H 2 O - железный купорос; применяется в текстильной промышленности при крашении тканей, в сельском хозяйстве для протравы семян и борьбы с вредителями сельского хозяйства, получение чернила.
2. FeCl 2 - хлорид железа (II); применяется для получения чистого железа, компонент антианемических препаратов, катализатор в органическом синтезе.
3. FeCl 3 - хлорид железа (III); применяется в технике как окислитель в производстве органических красителей, в текстильной промышленности - для протравки тканей при подготовке их к окраске, в медицине как кровоостанавливающее средство, компонент тонирующих растворов в фотографии, коагулянт при очистке воды, для определения фенолов.
4. Fe 2 (SO 4) 3 - сульфат железа (III); применяется как химический реактив при гидрометаллургической переработке медных руд, как коагулянт при очистке сточных вод, для получения квасцов, пигмента Fe 2 O 3 .

3 стадия - Рефлексия, Размышление. Происходит осмысление всей информации, полученной на 2 стадии. Размышление и обобщение того, "что узнал"ребенок на уроке по данной проблеме. На этой стадии может быть составлен опорный конспект в тетради учащегося. Кроме того, могут быть осуществлены:

а) возврат к стадии вызова;

б) возврат к ключевым словам;

в) возврат к перевернутым логическим цепочкам;

г) возврат к кластерам.

Возможно использование приемов: "Перепутанные логические цепочки"

или "Синквейн":

• на первой строчке тема называется одним словом (существительным)
• вторая строчка - это описание темы в двух словах (прилагательных).
• третья строка-описание действия в рамках темы тремя глаголами.
• четвертая - это фраза из четырех слов, показывающая отношение к теме.
• пятая - синоним из одного слова, который повторят суть темы.

или "Конструирование текста" (слайд 14)

Задание: Из предложенных формул соединений составьте генетический ряд Fe +2 (для первого варианта) и генетический ряд Fe +2 (для второго варианта).

Fe(OH) 2 , Fe, Fe(OH) 2 , FeCl 3 , Fe 2 O 3 , FeCl 2 , FeO

8. Домашнее задание (слайд 14)

1. Написать уравнения химических реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

Fe -> FeCl 3 -> Fe(OH) 3 -> Fe 2 O 3 -> Fe -> FeSO 4 -> Fe(OH) 2 -> FeOa Fe -> Fe 3 O 4

2. Написать уравнения реакций ступенчатого гидролиза раствора Fe 2 (SO 4) 3 .

3. В уравнении химической реакции расставить коэффициенты методом электронного баланса: Fe 2 O 3 + KOH + KNO 3 -> K 2 FeO 4 + KNO 2 + H 2 O

6. По количеству общих (на 01.01.2003 г. – 100 млрд. т – 16,1 % мировых) и разведанных (56,1 млрд. т – 18,6 % мировых) запасов железных руд Россия устойчиво занимает первое место в мире, полностью удовлетворяет свои потребности в железорудном сырье и значительные объемы товарных железных руд, концентратов, окатышей, горячебрикетированного железа ежегодно поставляет на экспорт.

7. Железорудные месторождения промышленного значения весьма разнообразны. Они известны в эндогенных, экзогенных и метаморфогенных комплексах пород. С учетом генезиса принято выделять следующие основные промышленные типы.

8. Магматические месторождения:

а) титаномагнетитовые и ильменит-титаномагнетитовые, представляющие собой зоны концентрированной вкрапленности (с шлировыми и жило-линзообразными обособлениями) ванадий- и титансодержащих магнетитов в интрузивах габбро-пироксенит-дунитовой, габбровой, габбро-диабазовой и габбро-анортозитовой формаций (Качканарское, Копанское, Первоуральское на Урале, Пудожгорское в Карелии, Чинейское в Читинской области, месторождения Бушвельдского комплекса в ЮАР, Роутивара, Таберг в Швеции, Аллард-Лейк (Лак-Тио) в Канаде и др.);

б) бадделеит-апатит-магнетитовые, образующие серии линзо- и жилообразных тел в ультраосновных щелочных интрузивах с карбонатитами (Ковдорское на Кольском полуострове, Палабора в Южной Африке).

На долю титаномагнетитовых и бадделеит-апатит-магнетитовых руд приходится 6,6 % мировых разведанных запасов и 5,6 % производства товарных руд. В России они составляют 12,9 % в запасах и 18,2 % в производстве товарных руд.

9. Метасоматические месторождения (месторождения скарново-магнетитовых руд) представлены в разной степени оруденелыми скарнами и скарноидами, образующими сложные пласто- и линзообразные залежи магнетитовых руд в осадочных, вулканогенно-осадочных и метаморфических породах (Соколовское, Сарбайское, Качарское в Казахстане; Высокогорское, Гороблагодатское и другие на Урале; Абаканское, Тейское в Красноярском крае; Шерегешевское, Таштагольское и другие в Горной Шории; Таежное, Десовское в Якутии; Маркона в Перу, месторождения Чилийского железорудного пояса; Чогарт, Чадор-Малю в Иране; Мааншань в Китае). На долю скарново-магнетитовых руд приходится 9,5 % мировых разведанных запасов и 8,3 % производства товарных руд. Руды данного типа в России составляют соответственно 12,2 и 12,9 %.

10. Гидротермальные месторождения:

а) генетически связанные с траппами и представленные жило-столбообразными и различной сложной формы залежами магномагнетитовых руд в осадочных, пирокластических породах и траппах (Коршуновское, Рудногорское, Нерюндинское, Капаевское, Тагарское в Восточной Сибири);

б) гидротермально-осадочные сидеритовые, гематит-сидеритовые, представленные пласто-, жило- и линзообразными согласными и секущими залежами сидеритовых, гематит-сидеритовых (в верхних горизонтах окисленных) руд в осадочных породах (Бакальское рудное поле на Урале, Березовское в Читинской области, Уэнза, Бу-Кадра, Заккар-Бени-Саф в Алжире, Бильбао в Испании).

Доля руд данного типа в разведанных запасах и производстве товарных руд в мире незначительна и не превышает 1 %, в России в запасах она составляет – 5,4 %, в производстве товарных руд – 2,9 %.

11. Вулканогенно-осадочные месторождения – согласные пласты и линзы гематитовых, магнетит-гематитовых и гематит-магнетитовых руд в вулканогенно-осадочных породах (Западно-Каражальское в Казахстане, Холзунское на Алтае). Доля руд данного типа в разведанных запасах и производстве товарных руд в мире незначительна. В России такие месторождения пока не разрабатываются.

12. Осадочные морские месторождения, образовавшиеся в морских бассейнах и представленные слабо дислоцированными пластовыми залежами лептохлоритовых и гидрогётитовых оолитовых руд в морских терригенно-карбонатных мезокайнозойских отложениях (Керченский железорудный бассейн на Украине, Аятское в Казахстане, месторождения бурых железняков Лотарингского железорудного бассейна (на территории Франции, Бельгии, Люксембурга), Великобритании, Германии, провинции Ньюфаундленд Канады и Бирмингемского района в США). Доля руд данного типа в разведанных запасах в мире составляет 10,6 %, в производстве товарных руд – 8,9 %. В России такие месторождения не разведаны и не отрабатываются.

13. Осадочные континентальные месторождения, образовавшиеся в речных или озерных бассейнах и представленные пластовыми и линзообразными залежами лептохлоритовых и гидрогётитовых оолитовых руд в ископаемых речных отложениях (Лисаковское в Казахстане). Доля руд данного типа в разведанных запасах и производстве товарных руд в мире незначительна. В России такие месторождения не разведаны и не отрабатываются.

14. Метаморфизованные железистые кварциты широко распространены на древних щитах, платформах и на некоторых срединных массивах фанерозойских складчатых областей. Большинство их имеет раннепротерозойский и архейский возраст; значительно меньше распространены позднепротерозойские и раннепалеозойские месторождения. Железистые кварциты образуют огромных размеров железорудные бассейны. Рудные залежи кварцитов в пределах месторождений обычно имеют крупные размеры: километры по простиранию, первые сотни или десятки метров по мощности. Характерна пластообразная форма рудных тел, тонкополосчатые текстуры и сходный минеральный состав руд на различных месторождениях (Криворожский бассейн на Украине, в России – месторождения Курской магнитной аномалии, Оленегорское на Кольском полуострове, Костомукшское в Карелии, Тарыннахское и Горкитское в Якутии, в Австралии – бассейн Хамерсли, в Бразилии – район Каражас и «Железного четырехугольника», в США – район оз. Верхнего, в Канаде – Лабрадорский прогиб, в Китае – бассейн Аньшань-Бенси и др.). Крупные и уникальные по запасам месторождения, легкая обогатимость руд, возможность разработки открытым способом большими карьерами с применением мощной горнодобывающей и транспортной техники позволяют считать их благоприятными объектами добычи железных руд во всех бассейнах мира. Доля руд данного типа в разведанных запасах и производстве товарных руд в мире превышает 60 %, в России в запасах она составляет – 55,9 %, в производстве товарных руд – 64,5 %.

15. Месторождения кор выветривания, представленныебогатыми гидрогематит- и сидерит-магнетитовыми, мартит-магнетитовыми рудами, формируются при преобразовании железистых кварцитов в результате гипергенных процессов. В соответствии с этим в своем распространении они связаны с районами и площадями развития железистых кварцитов, приурочены к развивающимся по ним площадным и линейным корам выветривания (Михайловское, Яковлевское, Гостищевское, Висловское, Разуменское в России, месторождения богатых руд Кривого Рога на Украине, железорудные районы Австралии, Бразилии, Индии, США). На долю месторождений данного типа приходится 12,5 % разведанных запасов России и 1,3 % производства товарных руд. В сумме доля месторождений двух последних типов – железистых кварцитов и развивающихся по ним полигенных богатых железных руд – составляет в мире 70,9 % разведанных запасов и 74,4 % производства товарных руд, т.е. это наиболее важные промышленные типы месторождений. Доля руд двух последних типов месторождений в России составляет в запасах 68,4 %, в производстве товарных руд – 65,8 %.

16. Прочие гипергенные железные руды:

а) бурые железняки, связанные с корами выветривания сидеритов (Бакальская и Зигазино-Комаровская группы месторождений на Урале, Березовское в Читинской области);

б) прерывистые плащеобразные залежи хром-никелевых гётит-гидрогётитовых руд, распространенные в коре выветривания ультраосновных пород (латеритные руды Кубы, Филиппин, Индонезии, Гвинеи, Мали, на Урале – Серовское и месторождения Орско-Халиловского района). Такие руды, как правило, легированы никелем и кобальтом.

Доля прочих гипергенных железных руд в разведанных запасах в мире составляет 2,4 %, в производстве товарных руд – 2,0 %, в России соответственно 1,1 и 0,2 %.

17. В зависимости от условий образования чрезвычайно разнообразен и минеральный состав железных руд, определяющий в значительной степени их промышленную ценность. Железные руды подразделяются на 11 основных промышленных типов (табл. 2).

Геохимия железа

ученика 9 «Б» класса

Раевского Георгия

Железо – не только самый главный металл окружающей нас природы, – оно основа культуры и промышленности, оно орудие войны и мирного труда. И трудно во всей таблице Менделеева найти другой элемент, который был бы так связан с прошлыми, настоящими и будущими судьбами человечества.

Академик Александр Евгеньевич Ферсман, выдающийся советский геохимик, минералог, географ и путешественник

Что такое геохимия?

Римский писатель-эрудит, автор «Естественной истории» Плиний-старший писал: «Железорудные копи доставляют человеку превосходнейшее орудие. Ибо сим орудием прорезываем мы землю, обрабатываем плодовитые сады и, обрезая дикие лозы с виноградом, понуждаем их каждый год юнеть. Сим орудием выстраиваем дома, разбиваем камни и употребляем железо на все подобные надобности».

Полезные ископаемые, в том числе и железо, ценились не только в начале христианской эры, во времена Плиния. В наш век, немыслимый без научно-технических разработок и развитой промышленности, их значение возросло еще больше. Но для того, чтобы человечество получало необходимые элементы в достаточном количестве, их необходимо постоянно добывать. А для этого нужно знать закономерности распределения химических элементов на планете Земля.

Изучением этих закономерностей занимают различные науки, среди которых ведущее место занимает геохимия - наука о химическом составе Земли, законах распределения элементов и их изотопов и о процессах формирования горных пород, почв и и природных вод. (Если кому интересно, то такими же изысканиями во внеземном пространстве занимается наука космохимия). Поскольку химические элементы содержатся в земной коре в виде руд и минералов, геохимия с одной стороны – родная сестра химии, а с другой – тесно соприкасается с геологией. А одной из главных областей геологии является изучение размещения полезных ископаемых в земной коре. Поэтому геохимию часто рассматривают как некую гибридную научную область, возникшую на границе геологии и химии. Так что отчасти будет справедливым такое «уравнение»: «геохимия = геология + химия» – но только отчасти.

Термин «геохимия» появился в последней четверти XIX века. Предположительно, в научный обиход его ввел один из первых профессиональных геохимиков – американский ученый Франк Кларк (1847-1931), которого называют отцом геохимии.

Одним из основателей современной геохимии по праву считается и выдающийся русский ученый В. И. Вернадский. В 1927 году он так расшифровал содержание этой науки: «Геохимия изучает химические элементы, то есть атомы земной коры и, насколько возможно, всей планеты. Она изучает их историю, их распределение и движение в пространстве-времени, их генетические на нашей планете соотношения».

В настоящее время наиболее распространенный взгляд на предмет и содержание геохимии таков: современная геохимия изучает распределение и содержание химических элементов в минералах, рудах, породах, почвах, водах и атмосферную циркуляцию элементов в природе на основе свойств их атомов и ионов.

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, в том числе Земли, где его содержание достигает 90%. Содержание железа в земной коре составляет от 4 до 5%, а в мантии около 12 %. Из металлов железо уступает по распространённости в коре только алюминию. При этом в ядре находится около 86% всего железа, а в мантии 14%.

Содержание железа значительно повышается в изверженных породах основного состава, где оно связано с пироксеном, амфиболом, оливином и биотитом. В промышленных концентрациях железо накапливается в течение почти всех экзогенных и эндогенных процессов, происходящих в земной коре. В морской воде железо содержится в очень малых количествах 0,002 – 0,02 мг/л. В речной воде несколько выше – 2 мг/л.

Большую роль железо играет в биосфере, так как атом железа входит в состав гемоглобина – белка красных клеток крови у высших организмов. Гемоглобин участвует в доставке кислорода к тканям и клеткам.

Считается, что железо вместе с никелем, кобальтом и кислородом (по другой теории – водородом) входит в состав земного ядра. Давление в центре Земли колоссальное (около 3 миллионов атмосфер), и свойства этих элементов, в том числе и железа должны стать необычными. Ученые полагают, что при таких сжатиях водород становится металлом, а электронная структура атомов железа и других металлов (прежде всего, внешние электронные оболочки) может сильно изменяться. Однако, хотя фантасты уже много раз описали путешествие к центру Земли, непосредственно состав земного ядра мы изучить не можем: геохимики судят о нем на основе косвенных данных.

Геохимические свойства железа

Важнейшая геохимическая особенность железа - наличие у него нескольких степеней окисления. Железо в нейтральной форме - металлическое - слагает ядро земли, возможно, присутствует в мантии и очень редко встречается в земной коре. Закисное железо FeO - основная форма нахождения железа в мантии и земной коре. Окисное железо Fe2O3 характерно для самых верхних, наиболее окисленных, частей земной коры, в частности, осадочных пород.

По кристаллохимическим свойствам ион Fe2+ близок к ионам Mg2+ и Ca2+ - другим главным элементам, составляющим значительную часть всех земных пород. В силу кристаллохимического сходства железо замещает магний и, частично, кальций во многих силикатах. При этом содержание железа в минералах переменного состава обычно увеличивается с уменьшением температуры.

Минералы железа

В земной коре железо распространено достаточно широко - на его долю приходится около 4,1 % массы земной коры (4-е место среди всех элементов, 2-е среди металлов). В мантии и земной коре железо сосредоточено главным образом в силикатах, при этом его содержание значительно в основных и ультраосновных породах, и мало - в кислых и средних породах.

Известно большое число руд и минералов, содержащих железо. Рудами называются природные минералы, содержащие железо в таких количествах и соединениях, при которых промышленное извлечение из них металла экономически целесообразно. Содержание железа в промышленных рудах изменяется в широких пределах – от 16 до 70%. В зависимости от химического состава железные руды применяются для выплавки чугуна в естественном виде или, если они содержат менее 50% Fe, после обогащения. Бóльшая часть железных руд используется для выплавки чугунов, сталей, а также ферросплавов. В относительно небольших количествах они используются в качестве природных красок (охры) и утяжелителей буровых глинистых растворов.

Наибольшее практическое значение имеют красный железняк (гематит, Fe2O3; содержит до 70 % Fe), магнитный железняк (магнетит, FeO.Fe2O3, Fe3O4; содержит 72,4 % Fe), бурый железняк или лимонит (гётит и гидрогётит и гидрогётит, соответственно FeOOH и FeOOH·nH2O). Гётит и гидрогётит чаще всего встречаются в коре выветривания, образуя так называемые «железные шляпы», мощность которых достигает несколько сотен метров. Также они могут иметь осадочное происхождение, выпадая из коллоидных растворов в озёрах или прибрежных зонах морей. При этом образуются оолитовые, или бобовые, железные руды. В них часто встречается вивианит Fe(3PO4)2·8H2O, имеющий форму чёрных удлинённых кристаллов и радиально-лучистых агрегатов.

В природе также широко распространены сульфиды железа - пирит FeS2(серный или железный колчедан) и пирротин. Они не являются железной рудой - пирит используют для получения серной кислоты, а пирротин часто содержит никель и кобальт.

Другие часто встречающиеся минералы железа:

· Сидерит - FeCO3 - содержит примерно 35 % железа. Обладает желтовато-белым (с серым или коричневым оттенком в случае загрязнения) цветом.

· Марказит - FeS2 - содержит 46,6 % железа. Встречается в виде жёлтых, как латунь, бипирамидальных ромбических кристаллов.

· Лёллингит - FeAs2 - содержит 27,2 % железа и встречается в виде серебристо-белых бипирамидальных ромбических кристаллов.

· Миспикель - FeAsS - содержит 34,3 % железа. Встречается в виде белых моноклинных призм.

· Мелантерит - FeSO4·7H2O - реже встречается в природе и представляет собой зелёные (или серые из-за примесей) моноклинные кристаллы, обладающие стеклянным блеском, хрупкие.

· Вивианит - Fe3(PO4)2·8H2O - встречается в виде сине-серых или зелено-серых моноклинных кристаллов.

В земной коре содержатся и другие, менее распространенные минералы железа, например:

Основные месторождения железных руд

Основные месторождения железа находятся в Австралии, Бразилии, Венесуэле, Индии, Канаде, Либерии, России, США, Франции, Швеции.

Россия по запасам железных руд занимает одно из первых мест в мире.

Главные месторождения железной руды на геологической карте мира

Интересный геохимический факт:

Очень немногие элементы встречаются в природе в свободном виде. В такой форме они называются самородными. Металлы и большинство неметаллов вступают в соединение с другими элементами, особенно с кислородом, очень легко. Поэтому в земной коре они почти всегда находятся в связанном виде, в составе разных соединений. Железо является элементом весьма активным, легко окисляющимся, особенно в присутствии влаги. Однако в природе встречается самородное железо. Этослучай совершенно исключительный, потому что железо в самородном виде попадает в земную кору в составе метеоритов.

А вот что рассказывает в популярной книге о геохимии железа академик Ферсман:

«Железо принадлежит к важнейшим металлам мироздания. Мы видим его линии во всех космических телах, они сверкают нам в атмосферах раскаленных звезд, мы видим бурные атомы железа, мятущиеся на солнечной поверхности, они падают к нам ежегодно на землю в виде тонкой космической пыли, в виде железных метеоритов. В штате Аризона, в Южной Африке, у нас в бассейне Подкаменной Тунгуски упали грандиозные массы самородного железа, этого важнейшего металла мироздания. Геофизики утверждают, что весь центр Земли состоит из массы никелистого железа, и что наша земная кора есть такая же окалина, как те стекловидные шлаки, которые вытекают из доменной печи во время выплавки чугуна.

…Геохимики раскрывают нам историю железа. Они говорят о том, что даже земная кора на 4,2% состоит из железа, что из металлов только алюминия больше в окружающей нас природе, чем железа. Мы знаем, что оно входит в состав тех расплавленных масс, которые в виде оливиновых и базальтовых пород застывают в глубинах как самые тяжелые и первозданные породы. железо геохимия минерал месторождение

Мы знаем, что сравнительно мало железа остается в гранитных породах, о чнм говорят их светлые – белые, розовые, зеленые – краски. Но на земной поверхности сложные химические реакции всё же накапливают огромные запасы железной руды. Одни из них образуются в субтропиках, там, где периоды тропических дождей сменяются яркими солнечными днями знойного лета, где все растворимое вымывается из горных пород, и образуются большие скопления – корки руд железа и алюминия.

Мы знаем, как на дно озер северных стран, например, нашей Карелии, бурные воды, содержащие органическое вещество, приносят весной огромные количества железа из разных горных пород; на дне озер, куда стекают воды, осаждаются горошинки или целые стяжения железа при участии особых железных бактерий… Так, в болотах, морских глубинах, в течении долгой геологической истории нашей Земли образовались скопления железных руд; и нет никакого сомнения, что в ряде случаев животная и растительная жизнь оказала свое влияние на образование этих месторождений.

Так образовались крупные Керченские месторождения; так образовались, по всей вероятности, и огромные запасы железных руд Кривого Рога и Курской магнитной аномалии.

Руды этих двух последних месторождений так давно были отложены водами древних морей, что горячее дыхание глубин успело изменить их строение, и вместо бурых железняков, как в Керчи, мы видим здесь измененные черные руды, состоящие из железного блеска (гематита, или красного железняка) и магнитного железняка.

Странствование железа не прекращается на земной поверхности. Правда, в морской воде его накапливается очень мало; и правильно говорят, что эта вода почти не содержит железа. Однако в особых, исключительных условиях даже в море, в мелководных заливах отлагаются железистые осадки, целые железорудные залежи, которые встречаются и в ряде древних морских отложений. Так образовались наши знаменитые железорудные месторождения на Украине близ Хопра, Керчи и Аяти. Но на земной поверхности – в ручьях, реках, озерах, болотах – всюду странствует железо; и растения всегда находят для себя этот важный химический элемент, без которого невозможна растительная жизнь. Попробуйте лишить железа горшочек с цветами, и вы увидите, что цветы скоро потеряют свои краски и запах, листья сделаются желтыми, начнут сохнуть…

…Так в растении, в живом организме завершается круговорот железа на земле, и красные кровяные шарики в крови человека являются одним из последних этапов в странствовании этого металла, без которого нет ни жизни, ни мирного труда».

Будущее железа

Железный век - эпоха, начавшаяся еще в первобытной истории человечества, когда возникла металлургия железа и изготовление железных орудий – продолжается. Примерно всех девяносто всех используемых человечеством металлов и сплавов сделаны на основе железа. Железа выплавляется в мире примерно в 50 раз больше, чем алюминия, не говоря уже о прочих металлах. Пластмассы? Но они в наше время чаще всего выполняют в различных конструкциях иные функции, а если уж их в соответствии с традицией пытаются ввести в ранг «незаменимых заменителей», то чаще всего они заменяют цветные металлы, а не черные. На замену стали идут лишь несколько процентов потребляемых нами пластиков.

Сплавы на основе железа универсальны, технологичны, доступны и в массе – дешевы. Сырьевая база этого металла тоже не вызывает опасений: уже разведанных запасов железных руд людям пока хватает. Кроме того, ученые уверены, что открытия, которые будут сделаны в области геохимии железа(а в дальнейшем – и космохимии железа), дадут человечеству новые источники этого незаменимого элемента. Исследования в этой области геохимии необходимы, потому что железо можно без преувеличения назвать фундаментом нашей цивилизации.

Литература

1) Википедия, статья «Железо»

2) Большая Советская Энциклопедия, статья «Железные руды»

(http://bse.sci-lib.com/article039128.html).

Железо относится к группе самородных элементов. Самородное железо является минералом, имеющим земное и космогенное происхождение. Содержание никеля на 3 процента выше в земном железе, по сравнению с космогенным. Также содержатся примеси магния, кобальта и других микроэлементов. Самородное железо имеет светло-серый цвет с металлическим блеском, включения кристаллов редки. Это достаточно редкий минерал, обладающий твердость в 4-5 ед. и плотностью в 7000-7800 кг на метр кубический. Археологи доказали, что самородное железо использовалось древними людьми задолго до того, как появились навыки по выплавке металла железа из руды.

Данный металл в своем первоначальном виде имеет серебристо-белый оттенок, поверхность стремительно покрывается ржавчиной при высокой влажности или в воде, богатой кислородом. Данная порода отличается хорошей пластичностью, плавится при температуре в 1530 градусов по Цельсию, из него без труда можно ковать изделия и производить прокатку. Металл обладает хорошей электро- и теплопроводностью, дополнительно его отличают от других пород магнитные свойства.

При взаимодействии с кислородом поверхность металла покрывается образующейся пленкой, которая защищает его от коррозийного воздействия. А при содержании в воздухе влаги железо окисляется, и на его поверхности образуется ржавчина. В некоторых кислотах железо растворяется, и происходит выделение водорода.

История появления железа

Железо оказало огромное влияние на развитие человеческого общества и продолжает цениться сегодня. Его используют на многих производствах. Железо помогло первобытному человеку освоить новые способы охоты, привело к развитию сельского хозяйства благодаря новым орудиям. Железо в чистом виде в те времена было частью упавших метеоритов. По сегодняшний день ходят легенды о неземном происхождении данного материала. Металлургия берет свое начало в середине второго тысячелетия до н.э. В то время в Египте освоили получение металла из железной руды.

Где добывают железо?

В чистом виде железо содержится в небесных телах. Металл был обнаружен в лунном грунте. Сейчас железо добывают из руды горных пород, и Россия занимает лидирующее место по добыче этого металла. Богатые залежи железной руды расположены в европейской части, в Западной Сибири и на Урале.

Области применения

Железо необходимо при производстве стали, которая имеет широкий диапазон применения. Практически в каждом производстве используется данный материал. Широко применяется железо в быту, его можно встретить в виде кованных изделий и чугуна. Железо позволяет придавать изделию различную форму, поэтому его используют при ковке и создании беседок, ограждений и других изделий.

Пользуются железом все хозяйки на кухне, ведь изделия из чугуна, это не что иное как сплав железа и углерода. Посуда из чугуна равномерно нагревается, долго сохраняет температуру и служит не один десяток лет. В состав практически всех столовых приборов входит железо, а из нержавеющей стали изготовляют посуду и различные кухонные принадлежности и такие необходимые предметы, как лопаты, вилы, топоры и другие полезные приспособления. Широко используется данный металл и в ювелирном деле.

Химический состав

Теллурическое железо содержит примеси никеля (Ni) 0,6-2%, кобальта (Со) до 0,3%, меди (Сu) до 0,4%, платины (Pt) до 0,1%, углерода; в метеоритном железе никель составляет от 2 до 12%, кобальт-около 0,5%, имеются также примеси фосфора, серы, углерода.

Поведение в кислотах: растворяется в НNО3.
В природе существует несколько модификаций железа - низкотемпературная имеет ОЦК ячейку (Im3m), высокотемпературная (при температурах > 1179K) ГЦК ячейку (Fm(-3)m). В больших количествах содержится в метеоритах. В железных метеоритах при травлении или нагреве проявляются видманштеттеновы фигуры.
Происхождение: теллурическое (земное) железо редко встречается в базальтовых лавах (Уифак, о. Диско, у западного берега Гренландии, вблизи г. Касселя Германия). В обоих пунктах с ним ассоциируют пирротин (Fe1-xS) и когенит (Fe3C), что объясняют как восстановление углеродом (в т.ч. и из вмещающих пород), так и распадом карбонильных комплексов типа Fe(CO)n. В микроскопических зернах оно не раз устанавливалось в измененных (серпентинизированных) ультраосновных породах также в парагенезисе с пирротином, иногда с магнетитом, за счет которых оно и возникает при восстановительных реакциях. Очень редко встречается в зоне окисления рудных месторождений, при образовании болотных руд. Зарегистрированы находки в осадочных породах, связываемые с восстановлением соединений железа водородом и углеводородами.
Почти чистое железо найдено в лунном грунте, что связывают как с падениями метеоритов, так и с магматическими процессами. Наконец, два класса метеоритов - железокаменные и железные содержат природные сплавы железа в качестве породообразующего компонента.

Семейство самородного железа (по Годовикову)
Группа самородного железа
< 2,9, редко до 6,4 ат. % Ni - феррит
< ~ 6,4 ат. % Ni - камасит

Группа самородного никеля
> 24 ат. % Ni - тэнит
62,5 - 92 ат. % Ni - аваруит Ni3Fe
(Ni, Fe) - Самородный никель

Железо (англ. Iron, франц. Fer, нем. Eisen) - один из семи металлов древности. Весьма вероятно, что человек познакомился с железом метеоритного происхождения раньше, чем с другими металлами. Метеоритное железо обычно легко отличить от земного, так как в нем почти всегда содержится от 5 до 30% никеля, чаще всего - 7-8%. С древнейших времен железо получали из руд, залегающих почти повсеместно. Наиболее распространенны руды гематита (Fe 2 O 3 ,), бурого железняка (2Fe 2 O 3 , ЗН 2 О) и его разновидностей (болотная руда, сидерит, или шпатовое железо FeCO3,), магнетита (Fe 3 0 4) и некоторые другие. Все эти руды при нагревании с углем легко восстанавливаются при сравнительно низкой температуре начиная с 500 o С. Получаемый металл имел вид вязкой губчатой массы, которую затем обрабатывали при 700-800 o С повторной проковкой.

В древности и в средние века семь известных тогда металлов сопоставляли с семью планетами, что символизировало связь между металлами и небесными телами и небесное происхождение металлов. Такое сопоставление стало обычным более 2000 лет назад и постоянно встречается в литературе вплоть до XIX в. Во II в. н. э. железо сопоставлялось с Меркурием и называлось меркурием, но позднее его стали сопоставлять с Марсом и называть марс (Mars), что, в частности, подчеркивало внешнее сходство красноватой окраски Марса с красными железными рудами.

Свойства минерала

• Происхождение названия: Обозначение химического элемента - от латинского ferrum, Iron – от староанглийского слова, означавшего этот металл
• Место открытия: Qeqertarsuaq Island (Disko Island), Qaasuitsup, Greenland
• Год открытия: известен с древних времён
• Термические свойства: П. тр. Точка плавления (чистого железа) 1528°С
• IMA статус: действителен, описан впервые до 1959 (до IMA)
• Типичные примеси: Ni,C,Co,P,Cu,S
• Strunz (8-ое издание): 1/A.07-10
• Hey"s CIM Ref.: 1.57
• Dana (7-ое издание): 1.1.17.1
• Молекулярный вес: 55.85
• Параметры ячейки: a = 2.8664Å
• Число формульных единиц (Z): 2
• Объем элементарной ячейки: V 23.55 ų
• Двойникование: по {111}
• Точечная группа: m3m (4/m 3 2/m) - Hexoctahedral
• Пространственная группа: Im3m (I4/m 3 2/m)
• Отдельность: по (112)
• Плотность (расчетная): 7.874
• Плотность (измеренная): 7.3 - 7.87
• Тип: изотропный
• Цвет в отраженном свете: белый
• Форма выделения: Форма кристаллических выделений:плотные зерна с неправильными извилистыми очертаниями, плёнки, дендриты, изредка самородки.
• Классы по систематике СССР: Металлы
• Классы по IMA: Самородные элементы
• Химическая формула: Fe
• Сингония: кубическая
• Цвет: Стально-серый, серо-черный, на полированной поверхности белый
• Цвет черты: Серо-черный
• Блеск: металлический
• Прозрачность: непрозрачный
• Спайность: несовершенная по {001}
• Излом: крючковатый занозистый
• Твердость: 4 5
• Микротвердость: VHN100=160
• Ковкость: Да
• Магнитность: Да
• Литература: Зарицкий П.В., Довгополов С.Д., Самойлович Л.Г. Состав и генезис рудопроявления самородного железа г. Озёрной в бассейне р. Курейки. - Вестник Харьковского ун-та, 1986, №283 (Средняя Сибирь) Мельцер М.А. и др. Самородное железо в золотонсных жилах Аллах-Юньского района и некоторые вопросы их генезиса. - Новые данные по геологии Якутии. Я., 1975, с. 74-78

Фото минерала

Статьи по теме

• Железо - один из семи металлов древности.
  Весьма вероятно, что человек познакомился с железом метеоритного происхождения раньше, чем с другими металлами

Месторождения минерала Железо

• Красноярский край
• Россия
• Кугда, Хатанга, Таймыр.