სახე

პრიალა მეტალური, მონაცრისფრო ელფერით

ძირითადი თვისებები

დასახელება, სიმბოლო, ნომერი

რკინა, Fe, 26

წარმოთქმა

ელემენტის კატეგორია

გარდამავალი მეტალი

ჯგუფი, პერიოდი, ბლოკი

8, 4, d

ატომური მასა

55.845(2) გ მოლი-1

ელექტრონული კონფიგურაცია

[Ar] 3d6 4s2

ელექტრონები ორბიტალებზე

2, 8, 14, 2
(იხ. სურათი)

ფიზიკური თვისებები

აგრეგატული მდგომარეობა

მყარი

სიმკვრივე

7.874 გ სმ-3

სიმკვრივე თხევად მგდომარეობაში (ლღობის ტემპერატურაზე)

6.98 გ სმ-3

ლღობის ტემპერატურა

1811 K, 1538˚C
2800 ˚F

დუღილის ტემპერატურა

3134 K, 2862 ˚C, 5182 ˚F

კრიტიკული წერტილი

დნობის სითბო

13.81 კჯ მოლი-1

აორთქლების სითბო

340 კჯ მოლი-1

სპეციალური სითბოტევადობა

(25 ˚C)
25.10 კჯმოლი-1
K-1

ორთლის წნევა
P(Pa) 1 10 100 1k 10k 100k
T(K)-ზე 1728 1890 2091 2346 2679 3132

ატომური თვისებები

ჟანგვითი რიცხვები

ელექტროუარყოფითობა

1.83 (პოლინგის შკალა)

იონიზაციის ენერგიები

I: 762.5 კჯმოლი-1
II: 1561.9 კჯმოლი-1
III: 2957 კჯმოლი-1

ატომური რადიუსი

126 pm

კოვანელტური რადიუსი

[132±3] pm

ვან დერ ვაალსის რადიუსი

___pm

სხვადასხვა

კრისტალური სტრუქტურა

მოცულობა-ცენტრირებული კუბი

მაგნიტური მოწესრიგებულობა

ფერომაგნიტური [1043 K]

კუთრი ელექტრული წინაღობა

(20˚C) 96.1ნΏ მ

სითბოგამტარობა

(300 K) 80.4 ვტმ-1K-1

სითბოგადაცემა

(25˚C) 11.8 µm m-1K-1

ბგერის სიჩქარე

(20˚C) ელ-ლიტი5120მ/წმ

იუნგის მოდული

211 გპა

შერის მოდული

82 გპა

ბულკის მოდული

170 გპა

სიმტკიცე მოსის მიხედვით

4

CAS-ის რეფისტრაციის ნომერი

7439-89-6

მდგრადი იზოტოპები

იზოტოპი NA ნახევარ-სიცოცხლე DM DE(MeV) DP
56Fe 91.72% 56Fe მდგრადია  30 ნეიტრონით
57Fe 2.2% 57Feმდგრადია  31 ნეიტრონით
58Fe 0.28% 58Fe მდგრადია   32 ნეიტრონით
59Fe სინთეზ 44.503 d β 1.565 59Co
60Fe სინთეზ 2.6×106 y β 3.978 60Co

რკინა

რკინა ქიმიური ელემენტია, რომლის სიმბოლოა Fe (ლათ: Ferrum). მისი ატომური ნომერია 26. იგი წარმოადგენს პირველი გარდამავალი სერიის მეტალს. ერთ ერთი ყველაზე გავრცელებული ლითონია დედამიწის ქერქში (მეორე ადგილზეა ალუმინის შემდეგ).მარტივი ნივთიერება რკინა (CAS-ნომერი: 7439-89-6) - ჭედადი მოვერცხლისფრო-თეთრი ფერის ლითონია.მაღალი ქიმიური რეაქციული უნარით: რკინა სწრაფად განიცდის კოროზიას განსაკუთრებულად ჰაერის, მაღალი ტემპერატურისა და ტენიანობის პირობებში. სუფთა ჟანგბადში რკინა იწვის, ხოლო მცირედისპერსიულ მდგომარეობაში ჰაერზეც თვითაალდება.

ბუნებაში რკინა ძალიან იშვიათად გვხვდება სუფთა სახით, ყველაზე ხშირად ის გვხვდება რკინა-ნიკელის მეტეორიტების შემადგენლობაში. რკინის გავრცობადობა დედამიწის ქერქში შეადგენს – 4.65 % (მე-4 ადგილზეა O, Si, Al-ის შემდეგ). ასევე ითვლება, რომ უმეტესწილად რკინისაგან შედგება დედამიწის ბირთვი.

მერვე ჯგუფის ელემენტების მსგავსად ამჟღავნებს ფართო დიაპაზონის დაჟანგულობის ხარისხს, –2-დან +6-მდე, თუმცა ყველაზე გავრცელებულია +2 და +3 დაჟანგულობის ხარისხი. რკინა და რკინის შენადნობები (ფოლადი) წარმოადგენენ აუცილებელ მეტალს და ფერომაგნიტურ მასალას ყოველდღიურ ცხოვრებაში. სუფთა რკინის ზედაპირი მბზინავი, მოვერცხლისფრო-მონაცისფრო ლითონია, იგი ჰაერზე იჟანგება. რკინა მძიმე ლითონებს მიეკუთვნება (r = 7.84გ/სმ3). მისი ლღობის ტემპერატურაა 1539°C. იგი ძლიერ პლასტიკურია, ადვილად იჭედება, იგლინება, იწელება მავთულად. სხვა ლითონებს შორის რკინა გამოირჩევა მაგნიტური თვისებებით, მიიზიდება მაგნიტით და თვითონაც მაგნიტდება გარე მაგნიტურ ველში. მეცნიერები თვლიან, რომ დედამიწის ბირთვი 3500 კმ რადიუსით ძირითადად რკინისა და ნიკელისაგან შედგება. ეს ბირთვი ქმნის დედამიწის მაგნიტურ ველს, რომლის მსგავსიც, როგორც ჩანს არა აქვს მთვარესა და მეზობელ პლანეტებს.

რკინა ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული და უძველესი დროიდან ცნობილი ელემენტია. ე.წ. ”რკინის საუკუნეს” მიაწერენ ძველი წელთაღრიცხვის პირველ საუკუნეს. რკინა გავრცელების მიხედვით დედამიწის ქერქის შემადგენელი მეოთხე ელემენტია. რკინა წარმოიქმნება დიდი მასის ვარსკვლავებზე ვარსკვლავური აფეთქების შედეგად. იგი მდგრადი ელემენტია, რადგანაც მისი წარმოქმნის ბირთვული დაშლის რეაქცია არის ბოლო რეაქცია, რომელიც ეგზოთერმულია.

რკინის გამოყენება ეფუძვნება მის სტრუქტურულ მდგრადობას. სუფთა რკინა რბილია (ალუმინზე რბილიც), მაგრამ მასალა შესამჩნევად მაგრდება მცირე რაოდენობით ნახშირბადის დამატების დროს.ასეთია მაგალითად ფოლადი, რომელიც 1000-ჯერ უფრო მაგარია სუფთა რკინაზე. რკინის გადნობას ახდენენ ბრძმედებში, სადაც მადანი აღდგება რკინამდე.

ელემენტური რკინა რეაქციისუნარიანია. იგი ჰაერზე იჟანგება რკინის ოქსიდამდე, რომელიც ცნობილია, როგორც რკინის ჟანგი. ბევრი მეტალისაგან განსხვავებით, რომლებიც ჰაერზე წარმოქმნიან პასიური ოქსიდის ფენას, რკინის ოქსიდს უფრო დიდი მოცულობა გააჩნია, ვიდრე თვით რკინას და ამგვარად რკინის ოქსიდი იშლება ფენებად და ტოვებს ახალ ზედაპირს შემდგომი კოროზიისათვის.

რკინის ოქსიდის ნარევი ალუმინის ფხვნილთან გაცხელებით იძლევა თერმიტად რეაქციას, რომელიც გამოიყენება საბადოების შეკვრისა და გასუფთავების დროს.

რკინა წარმოქმნის ბინარულ ნაერთებს ქალკოგენებთან, მათ შორის მეტალორგანულ ნაერთს - ფეროცენს, რომელიც პირველი იქნა აღმოჩენილი სენდვიჩური აღნაგობის ნაერთებს შორის. რკინა მნიშვნელოვან როლს ტამაშობს ბიოლოგიაში, ჰემოგლობინის და მიოგლობინის შემადგენლობაში არსებული რკინა წარმოქმნის კომპლექსს მოლეკულურ ჟანგბადთან. ეს ორი ნაერთი ახორციელებს ცოცხალი ორგანიზმის ქსოვილებში ჟანგბადის გადატანას.

 

ალოტროპია

სუფთა რკინის ფაზური დიაგრამა

რკინისათვის დამახასიათებელია კრისატლების პოლიმორფიზმი, მას გააჩნია ოთხი კრისტალური მოდიფიკაცია:

რკინა არსებობს ოთხი - α, β, γ, δ კრისტალური მოდიფიკაციის სახით.

769 °C-მდე არსებობს α-Fe (ფერიტი) მოცულობა–ცენტრირებული კუბური მესერით და ფერომაგნეტური თვისებებით (769 °C ≈ 1043 K – კიურის წერტილი რკინისათვის)

769–917 °C ტემპერატურულ ინტერვალში არსებობს β-Fe, რომელიც α-Fe-საგან განსხვავდება მხოლოდ მოცულობა ცენტრირებული კუბური მესერის პარამეტრებით და პარამაგნეტიკის მაგნიტური თვისებებით

917–1394 °C ტემპერატურულ ინტერვალში არსებობს γ-Fe (აუსტენიტი) წახნაგცენტრირებული კუბური მესერით

1394 °C-ზე მეტისას მდგრადია δ-Fe მოცულობაცენტრირებული კუბური მესერი.

ლითონმცოდნეობა არ გამოყოფს β-Fe როგორც ცალკე ფაზას, და მას განიხილვს როგორც α-Fe-ს სახესვაობას. რკინის ან ფოლადის გახურებისას კიურის წერტილზე ზემოთ (769 °C ≈ 1043 K) იონების თერმული მოძრაობა შლის ელექტრონების სპინის მაგნიტურ მომენტებს, ფერომაგნეტიკი ხდება პარამაგნეტიკი – ხდება მეორე სახის ფაზური გადასვლა, მაგრამ პირველი სახის ფაზური გადასვლა კრისტალების ძირითადი ფიზიკური პარამეტრების ცვლილებებით არ ხდება.

სუფთა რკინისათვის, ნორმალური წნევის დროს, ლითონმცოდნეობის თვალსაზრისით, არსებობს შემდეგი მდგრადი მოდიფიკაციები:

აბსოლიტური ნულიდან 910 °C-მდე მდგრადია α-მოდიფიკაცია მოცულობაცენტრირებული კუბური (კუბური სინგონია) კრისტალური მესერით.

910-დან 1400 °C-მდე მდგრადია γ-მოდიფიკაცია წახნაგცენტრირებული კუბური კრისტალური მესერით.

1400-დან 1539 °C-მდე მდგრადია δ-მოდიფიკაცია მოცულობაცენტრირებული კუბური (კუბური სინგონია) კრისტალური მესერით.

მაღალი წნევის პირობებში (მეტი ვიდრე 104 მპა, 100 ათ. ატმ.) ჩნდება ε-რკინის მოდიფიკაცია ჰექსაგონალური მჭიდროდ შეფუთული მესერით.

პოლიმორფიზმის მოვლენა მეტად მნიშვნელოვანია ფოლადის მეტალურგიისათვის. სწორედ კრისტალური მესერის α–γ გადასვლების გამო ხდება ფოლადის თერმული დამუშავება. ამ მოვლენის გარეშე რკინა როგორც ფოლადის საფუძველი ვერ იქნებოდა ასე ფართოდ გავრცელებული.

რეფრაქტორული (ძნელად დნობადი) რკინა, მიეკუთვნება საშუალო აქტივობის ლითონებს. რკინის დნობის ტემპერატურაა 1539 °C, დუღილის ტემპერატურა – 2862 °C 

 

 

ფიზიკური თვისებები

რკინის მეტერიტი, რომელსაც იგივე შედგენილობა აქვს , რაც დედამიწის ქერში არსებულს

ჩვეულებრივ, რკინას უწოდებენ მის შენადნობებს რომლებშიც, მინარევების შემცველობა ძლიერ მცირეა (0,8 %-მდე) და ინარჩუნებენ წმინდა ლითონის პლასტიკურობას და სირბილეს. მაგრამ პრაქტიკაში უფრო ხშირად გამოიყენება რკინისა და ნახშირბადის შენადნობები: ფოლადი (წონის 2.14%-დე ნახშირბადი) და თუჯი (წონის 2.14 – 4.1 % ნახშირბადით). როგორც წესი ფოლადს აუმჯობესებენ მალეგირებელი ელემენტებით (ქრომი, მანგანუმი, ნიკელი, და სხვა) - ლეგირებული ფოლადი. რკინისა და მისი შენადნობების სპეციფიკური თვისებების ერთობლიობის გამო ადამიანისათვის რკინა არის «№ 1 ლითონი».

რკინა – ტიპიური ლითონია, თავისუფალ მდგომარეობაში – მოვერცხლისფრო-თეთრი ფერისა რუხი ელფერით. სუფთა ლითონი პლასტიკურია, სხვადასხვა მინარევები (კერძოდ – ნახშირბადი) ზრდიან მის სიმაგრეს და სიმყიფეს. ხშირად გამოყოფენ ეგრეთ წოდებულ «რკინის ტრიადას» – სამი ლითონის ჯგუფს (რკინა Fe, კობალტი Co, ნიკელი Ni), რომლებიც ფლობენ მსგავსი ფიზიკური თვისებებით, ატომის რადიუსით და ელექტროუარყოფითობის მნიშვნელობით.

 

 

 

იზოტოპები

ბუნებაში გვხვდება რკინის ოთხი სტაბილური იზოტოპი: 54Fe 5.845%, 56Fe 91.754%, 57Fe 2.119% და 58Fe 0.282%. 54Fe განიცდის ორმაგ b-დაშლას, ეს პროცესი ამ ბირთვისათვის დიდხანს არ იყო შემჩნეული ექსპერიმენტულად და ძალიან გვიან იქნა დადგენილი, რომ მისი ნახევარდაშლის პერიოდი T1/2>3.1×1022. 60Fe-ის ნახევარდაშლის პერიოდია 2.6 მილიონი წელი.

რკინის ყველაზე გავრცელებული იზოტოპი - 56Fe. ხელოვნური რადიოაქტიური იზოტოპები - 55Fe (ნახევარდაშლის პერიოდი - 2.6 წელი) და 59Fe (ნახევარდაშლის პერიოდი - 45.6 დღე) წარმოადგენენ ქიმიურ-ტექნოლოგიური და ბიოლოიგიურ პროცესებში კვლევის ინდიკატორებს.


გავრცელება

რკინა წარმოადგენს სამყაროში გავრცელებით მეექვსე ელემენტს. იგი წარმოიქმნება მასიურ ვარსკვლავებზე, როგორც ნუკლეობირთვული სინთეზის საბოლოო პროდუქტი. დედამიწის ქერქში შემცველობით იგი წარმოადგენს მეოთხე ელემენტს (მეორე ლითონია ალუმინის შემდეგ). თვითნაბადი რკინა გვხვდება მეტეორიტებში ნიკელთან შენადნობის სახით. დედამიწის ზედაპირზე მეტალური რკინა სუფთა სახით თითქმის არ გვხვდება, რადგანაც იგი ჰაერზე იჟანგება, მის ოქსიდებს შეიცავს საბადოები. რკინა დედამიწის ქერქში ძირითადად გვხვდება მინერალების - ჰემატიტის (წითელი რკინა ქვა - Fe2O3) და მაგნეტიტის (მაგნიტური რკინა ქვა - Fe3O4) სახით, ასევე გავრცელებულია დოლომიტი (მურა რკინა ქვა) - 2Fe2O3 × 3H2O, სიდერიტი (რკინის შპატი) FeCO3, პირიტი (რკინის კოლჩედანი) FeS2. ზოგიერთი მინერალური წყალი Fe(II) იონებს შეიცავს სულფატისა და ჰიდროკარბონატის სახით. რკინა შედის მცენარეთა და ცხოველთა ორგანიზმის შემადგენლობაში. მას შეიცავს ჰემოგლობინი, რომელსაც ჟანგბადი ფილტვებიდან გადააქვს ქსოვილებში (სისხლის წითელი ფერი განპირობებულია რკინის შემცველი პროტეინის - ჰემოგლობინის შემცველობით).

ქიმია და ნაერთები

რკინა ამჟღავნებს ჟანგვით რიცხვს -2-დან +6-მდე. იგი ძირითადად წარმოქმნის ნაერთებს ჟანგვითი რიცხვით +2 და +3. უმეტესად გვხვდება რკინა (II) და რკინა (III) ნაერთები, აგრეთვე გვხვდება ნაერთი უმაღლესი ჟანგვითი რიცხვით - ფერატები (K2FeO4), მასში რკინის ჟანგვითი რიცხვია +6. რკინა(IV) გვხვდება ბევრ ბიოქიმიურ ჟანგვით რეაქციებში. მეტალორგანული ნაერთები შეიცავს რკინას ფაორმალური ჟანგვითი რიცხვით +1, 0, -1 ან -2. ბევრი ნაერთი არსებობს აგრეთვე შერეული ვალენტობით, რომლებიც შეიცავენ რკინა (II) და რკინა (III) ცენტრებს, მაგალითად მაგნეტიტი და რკინის ლაჟვარდი (ბერლინის ლაჟვარდი) – Fe4[Fe(CN)6]3. ეს უკანასკნელი გამოიყენება, როგორც ტრადიციული ”ლურჯი” - ლურჯ საღებრებში, მელნის წარმოებაში, აბრეშუმის და შპალერის შესაღებად და სხვა.

ინდუსტრიაში რკინის ნაერთებიდან ყველაზე ფართოდ გამოიყენება რკინა (II) სულფატები (FeSO4 × 7H2O - რკინის აჯასპი) და რკინა (III) ქლორიდები (FeCl3). რკინა (II) ნაერთები ჰაერზე ადვილად იჟანგებიან და გადადიან რკინა (III) ნაერთებში.

ბევრი სხვა მეტალისაგან განსხვავებით, რკინა არ წარმოქმნის ამალგამებს ვერცხლისწყალთან, ამიტომაც შესაძლებელია ვერცხლისწყლის დაფასოება სტანდარტულ (34კგ-იან) კონტეინერებში.

 

ბინარული ნაერთები

რკინა ჰაერზე ურთიერთქმედებს ჟანგბადთან და წარმოქმნის სხვადასხვა ოქსიდებსა და ჰიდროქსიდებს. ყველაზე ცნობილია რკინა (II, III) ოქსიდი (Fe3O4) და რკინა (III) ოქსიდი (Fe2O3). რკინა (II) ოქსიდი არამდგრადია ოთახის ტემპერატურაზე. ოქსიდები წარმოადგენენ ძირითად წყაროს რკინის წარმოებაში . ისინი აგრეთვე გამოიყენებიან ფერიტების წარმოებაში, როგორც კომპიუტერის მაგნიტური აკუმულატორები და პიგმენტები. ყველაზე ცნობილი ნაერთია რკინის სულფიდი - პირიტი (FeS2), რომელიც აგრეთვე ცნობილია ”ოქროს მატყუარას” სახელით, მისი ოქროსფერი ბრწყინვალების გამო.

კარგადაა ცნობილი ბინარული რკინა რკინა (II) და რკინა (III) ჰალოგენიდები, გარდა რკინა (III) იოდიდისა. რკინა (II) ჰალოგენიდები - მიიღება მეტალური რკინის ურთიერთქმედებით შესაბამის ჰალოგენწყალბადმჟავებთან, ამ დროს მიიღება შესაბამისი ჰიდრატირებული მარილები.

Fe + 2 HX → FeX2 + H2

რკინა ურთიერთქმედებს ფთორთან, ქლორთან და ბრომთან, ამ დროს მიიღება შესაბამისი რკინა (III) ჰალოგენიდები, მათგან ყველაზე ცნობილია რკინა (III) ქლორიდი.

2 Fe + 3 X2 → 2 FeX3 (X = F, Cl, Br)

მეტალორგანული და კომპლექსნაერთები

ჰიგრატირებილი რკინის (III) ქლორიდი

ცნობილია რამოდენიმე ციანიდკომპლექსი, მათგან ყველაზე გავრცელებულია ბერლინის ლაჟვარდი Fe4[Fe(CN)6]3. ცნობილია აგრეთვე კალიუმის ფეროციანიდი და კალიუმის ფეროციანიდი.

ცნობილია რკინის სხვადასხვა კარბონილური ნაერთი. ერთერთი პენტაკარბონილი - Fe(CO)5, რომელიც გამოიყენება რკინის კარბონილის ფხვნილის მისაღებად. ის წარმოადგენს მეტალური რკინის ძლიერ რეაქციისუნარიან ფორმას. რკინის პენტაკარბონილის თერმოლიზი იძლევა სამბირთვიან ჯგუფს ტრიფერუმდოდეკაკარბონილს. კოლმანის რეაგენტი, დინატრიუმტეტრაკარბონილფერატი გამოიყენება ორგანულ ქიმიაში. იგი შეიცავს რკინას იშვიათი ჟანგვითი რიცხვით +1.

ფეროცენი წარმოადგენს სტაბილურ კომპლექს. იგი არის პირველი ”სენდვიჩური” ნაერთი, შეიცავს რკინა (I) ცენტრს ორი ციკლოპენტადიენის ლიგანდებთან ერთად, რომლებიც დაკავშირებულია ათ ნახშირბადის ატომთან. ასეთი დაჯგუფების აღმოჩენა იყო შოკის მომგვრელი, მაგრამ ფეროცენის აღმოჩენამ მიგვიყვანა მეტალორგანული ქიმიის ახალი დარგის აღმოჩენამდე. ფეროცენი განიცდის თვითდაჟანგვას ფეროცენიუმ კათიონად (Fe+). ფეროცენ-ფეროცენიუმ წყვილი ხშირად გამოიყენება ელექტროქიმიაში.

ბიოორგანული ნაერთები

ყველაზე ცნობილი ბიოორგანული ნაერთებია ჰემიპროტეინები: ჰემოფლობინი, მიოგლობინი და ციტოქრომ P450.

მიღება

რკინა მიიღება ოქსიდებიდან ნახშირბადის (II) ოქსიდით, კოკსით, წყალბადით ან ალუმინით მისი აღდგენისას.

Fe3O4 + 4 CO → 3 Fe + 4 CO2

Fe2O3 + 3 C → 2 Fe + 3 CO

Fe2O3 + 3 H2 → 2 Fe + 3 H2O

2 Fe2O3 + 3 C → 4 Fe + 3 CO2

Fe3O4 + 8Al → 9 Fe + 4 Al2O3

სუფთა რკინა მიიღება პენტაკარბონილის თერმული დაშლით

Fe(CO)5 → Fe + 5CO

სამრეწველო მეთოდით რკინას იღებენ არა თავისუფალი, არამედ შენადნობების (თუჯის , ფოლადის) სახით.

რკინის შენადნობების გამოყენება

პრაქტიკაში იყენებენ არა სუფთა რკინას, არამედ მის შენადნობებს ნახშირბადთან თუჯისა და ფოლადის სახით. თუჯი მყიფეა, ფოლადი კი ჭედადი. იგი შეიძლება გაიგლინოს, გაიწელოს დაიტვიფროს. მათი განსხვავებული მექანიკური თვისებები განპირობებულია ნახშირბადის განსხვავებული შემცველობით. თუჯში ნახშირბადის მასური წილი 1.7%-ზე მეტია (1.7 – 4%-მდე), ფოლადში კი 1.7%-ზე ნაკლები (0.3 – 1.7%-მდე). გარდა ნახშირბადისა თუჯი და ფოლადი მინარევების სახით შეიცავს სხვა ელემენტებსაც - Mn, Si, P, S.

განასხვავებენ თეთრ და ნაცრისფერ თუჯს, თეთრი თუჯი ნახშირბადს შეიცავს რკინის კარბიდის - ცემენტიტის სახით (Fe3C) სახით. იგი ხასიათდება დიდი სიმტკიცით, მაგრამ მყიფეა, ამიტომ მისი პრაქტიკული გამოყენება შეზღუდულია და ძირითადად ფოლადად გადაამუშავებენ. ნაცრისფერი თუჯი ნახშირბადს შეიცავს გრაფიტის ფირფიტების სახით, დარტყმისას თუჯი ფირფიტების გასწვრივ იმსხვრევა ნატეხებად. გამლღვალი თუჯი გაცივებისას ფართოვდება. იგი გამოიყენება სხვადასხვა დეტალების - მანქანების სადგარების, მილების, მხატვრულ ნაკეთობათა ჩამოსასხმელად. დიდი სიმტკიცის თუჯს ღებულობენ თხევად თუჯზე ზოგიერთი ლითონის, მაგალითად მანგანუმის დამატებით, რის შედეგადაც გამყარებისას გრაფიტი გამოიყოფა არა ფირფიტების არამედ სფეროსებური ჩანართების სახით. ამის გამო იზრდება სიმტკიცე, მცირდება სიმყიფე. მისგან ამზადებენ დიდი სიმტკიცის დეტალებს - გემების ძრავების ლილვებს, ვენტილებს, ტუმბოებს და სხვა.

 

ფოლადი

რაც მეტია ნახშირბადი ფოლადში, მით უფრო მაგარია იგი. განასხვავებენ რბილ, საშუალო სიმაგრის და მაგარ ფოლადებს. ამ უკანასკნელს იყენებენ ხელსაწყო-იარაღების დასამზადებლად, ხოლო რბილი და საშუალო სიმაგრის ფოლადებს იყენებენ მსუბუქი ავტომანქანების ძრავების, მაცივრების, სარეცხი მანქანების და სხვათა დასამზადებლად.

ფოლადის თვისებები იცვლება მისი თერმული დამუშავებით. გამლღვალი ფოლადის ნელი გაცივებისას γ-რკინა (რომელშიც გახსნილია ნახშირბადი), გადადის α-რკინაში, რომელშიც არ იხსნება ნახშირბადი. ამ დროს მყარი ხსნარი იშლება ნახშირბადისაგან თავისუფალ რკინად და რკინის კარბიდად. ამ პროცესს ეწოდება ფოლადის მოშვება. სწრაფი გაცივებისას კი γ-რკინა გადადის α-რკინაში, მაგრამ ნახშირბადი ვერ ასწრებს კრისტალებიდან გამოყოფას და მიიღება ნახშირბადის ზენაჯერი ხსნარი α-რკინაში. ამ პროცესს ფოლადის წრთობა ეწოდება. რკინის კრისტალებში შერჩენილი ნახშირბადის ატომები ნაწრთობ ფოლადს ანიჭებს დიდ სიმაგრეს, დრეკადობას, მაგრამ სიმყიფესაც, რის მოსაცილებლადაც ფოლადის ნაკეთობას მოუშვებენ, რისთვისაც მას კვლავ გაახურებენ (შედარებით დაბალ ტემპერატურაზე) და ნელა გააცივებენ. ამ დროს რკინა კვლავ თავისუფლდება ნახშირბადისაგან. სწორედ ამ პროცესით - ფოლადის თერმული დამუშავებით, წრთობა-მოშვების გზით შეიძლება მისი თვისებების მნიშვნელოვანი ცვლილება. ამას შეიძლება ასევე მივაღწიოთ შედგენილობის შეცვლით - მასში სხვადასხვა ელემენტების შეყვანით, რომელთაც მალეგირებელ ელემენტებს უწოდებენ, ხოლო ამ ელემენტების შემცველ ფოლადებს კი - ლეგირებულ (ლათ. Ligare - შეკვრა, შეერთება) ფოლადს. ასეთი მალეგირებელი ელემენტებია - Cr, Ni, Si, Mn, V, Mo,W და სხვა. კოროზიამედეგი ანუ უჟანგავი ფოლადის მისაღებად დანამატების სახით შეჰყავთ ქრომი და ნიკელი, ხოლო ტემპერატურამედეგი მაღალი სიმტკიცის ფოლადის მისაღებად მას უმატებენ ვოლფრამს და ქრომს.

ბრძმედში მიმდინარე პროცსები

როგორც უკვე ავღნიშნეთ, რკინის მადნებიდან - ძირითადად ჰემატიტისა (Fe2O3) და მაგნეტიტისაგან (Fe3O4), ბრძმედში დაახლოებით 2000°C-მდე გაცხელებით მიიღება რკინა კარბოთერმული რეაქციებით (აღდგენა ნახშირბადით). ბრძმედში ათავსებენ რკინის მადანს, ნახშირბადს - კოქსის სახით და ფლუსს (მალღობი) - კირქვის სახით (რომელიც გამოიყენება იმ მიზნით, რომ მოაცილოს ფუჭი ქანი, რომელიც ყოველთვის შერეულია მადანში). ეს სამი კომპონენტი შეადგენს კაზმს. მალღობი ფუჭ ქანთან წარმოქმნის ადვილად ლღობად წიდას, რომელიც გალღობილი რკინის ზედაპირზე ამოტივტივდება. წიდა გალღობილ რკინას იცავს დაჟანგვისაგან. ელექტრობრძმედში კაზმი ხურდება ელექტროდენის მოქმედებით. ამ დროს კოქსი იწვის CO2-მდე, რომელიც გავარვარებულ კოქსში გავლისას აღდგება ნახშირბადის მონოქსიდამდე.

2 C + O2 → 2 CO

CO2 + C → 2 CO

C + O2 → 2 CO2

ნახშირბადის მონოქსიდი მადნიდან აღადგენს რკინას

Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO2

მაღალ ტემპერატურაზე რკინის ოქსიდის ნაწილი პირდაპირ ურთიერთქმედებს კოქსთან.

2 Fe2O3 + 3 C → 4 Fe + 3 CO2

ფლუსი ფუჭ ქანებთან შეერთებით (ძირითადად სილიციუმის ორჟანგთან) წარმოქმნის თხევად წიდას.

CaCO3 → CaO + CO2

CaO + SiO2 → CaSiO3

წიდა გამდნარ მეტალზე მსუბუქია , ამიტომ თავს იყრის მეტალის ზედაპირზე. გაცივების შემდეგ წიდას გადაამუშავებენ ცემენტად. მიღებულ თუჯს გამოუშვებენ სპეციალური ხვრეტელებიდან.

2005 წელს მსოფლიოში გადამუშავებული იქნა 1.544 მილიონ მეტრი ტონა რკინის მადანი. ჩინეთი აწარმოებს რკინის მადნის მსოფლიო წარმოების მეოთხედს ბრაზილიის, ავსტრალიის და ინდოეთის შემდეგ. უკანასკნელ წლებში ჟანგბადით გამდიდრებული ჰაერის შეტუმბვას ახდენენ ბუნებრივი საწვავი გაზის დამატებითაც, მეთანი ნაწილობრივ იჟანგება (გაცხელებით და კატალიზატორის თანაობისას)

2 CH4 + O2 → 2 CO + 4 H2

შემდეგ ნახშირბადის მონოქსიდი ურთიერთქმედებს ბრძმედში რკინის მადანთან და გამოიყოფა რკინა.

Fe2O3 + CO + 2 H2 → 2 Fe + CO2 + 2 H2O

სილიციუმის ორჟანგი გამოიყოფა ფლუსის (კირქვის) დამატებით.

შენაერთები

მეტალურგიაში რკინის დიდი გამოყენების გარდა იგი შენაერთების სახით გამოიყენება მრეწველობაში. რკინის კატალიზატორი ტრადიციულად გამოიყენება ჰაბერ-ბოშის პროცესებში, ამიაკის მისაღებად და ფიშერ-ტროპშის პროცესში ნახშირბადის მონოქსიდის ნახშირწყალბადებად გარდაქმნის დროს. ფხვნილის სახით რკინა მჟავა არეში გამოიყენება ნიტრობენზოლიდან ანილინის მიღების დროს.

რკინის (III) გამოიყენება წყლის გასასუფთავებლად, ასევე სამხატვრო საქმეში. იგი შეიძლება გაიხსნას სპირტში რკინის შეფერილობის მისაცემად. მას აგრეთვე იყენებენ სპილენძის გრავირებული საბეჭდი დაფების დასამზადებლად. დანარჩენი ჰალოგენიდები უმეტესად გამოიყენება ლაბორატორიაში.

რკინა (II) სულფატი გამოიყენება რკინის სხვა ნაერთების პრეკურსორად. იგი აგრეთვე გამოიყენება ცემენტში ქრომატის აღსადგენად. მას იყენებენ აგრეთვე საკვებში დანამატის სახით რკინის დეფიციტის (ანემიის) დროს. ეს არის მისი ძირითადი გამოყენება. რკინის (III) სულფატი გამოიყენება წყლის რეზერვუარში ჩამდინარე წყლის გასაწმენდად. რკინა (II) ქლორიდი გამოიყენება, როგორც მაფლოკულირებელი (წარმოქმნის ფანტელებს) აგენტი რკინის კომპლექსნაერთების და მაგნიტური რკინის ოქსიდების წარმოქმნისას, აგრეთვე გამოიყენება როგორც აღმდგენი ნაერთი ორგანულ სინთეზში.


ჯანმრთელობა და დიეტა

დიეტური ხორცით მდიდარია წითელი ხორცი, პარკოსანი მცენარეები, თევზი, ჭარხალი, კვერცხი, ფოთლოვანი ბოსტნეული, მარცვლეულის ფაფა და სხვა. რკინა მცირე რაოდენობით აღმოჩენილია ბადაგში. რკინა ხორცში (ჰემი-რკინა) უფრო ადვილად შესამჩნევია, ვიდრე ბოსტნეულში. სავარაუდოა, რომ წითელი ხორცის ჰემი/ჰემოგლობინი შესაძლებელია იწვევდეს სწორი ნაწლავის სიმსუქნის გაზრდას.

რკინა როგორც დიეტური დანამატი ხშირად გვხვდება რკინა (II) ფუმარატის სახით, თუმცა რკინის სულფატი უფრო იაფია და ადვილად ადსორბირდება. ელემენტური რკინა , მიუხედავად იმისა, რომ შედარებით მცირე რაოდენობით ადსორბირდება (კუჭში მჟავა გარდაქმნის მას რკინა (II)იონად), ხშირად ემატება საკვებს ფხვნილის სახით. რკინა უფრო სასარგებლოა ორგანიზმისათვის, როდესაც იგი წარმოქმნის ხელატებს ამინომჟავებთან. იგი ამ ფორმით 10-15-ჯერ უფრო სასრგებლოა, ვიდრე რომელიმე სხვა ფორმით. ადამიანის დღიური მოთხოვნა რკინაზე ასეთია: ბავშვები 4-დან 18მგ-მდე, მოზრდილი მამაკაცები - 10მგ, მოზრდილი ქალები - 18მგ, ორსული ქალები ორსულობის მეორე ნახევარში - 33მგ. როგორც ჩანს მოთხოვნა რკინაზე ქალებში მეტია, ვიდრე მამაკაცებში. როგორც წესი, რკინა, რომელიც მიიღება საკვებთან ერთად საკმარისია ორგანიზმისათვის, მაგრამ ზოგიერთ სპეციფიკურ შემთხვევაში (ანემია, სისხლის დონორობა), აუცილებელია რკინის შემცველი პრეპარატების (გემატოგენი, ფეროპლექსი) მიღება.

 

მასალა მომზადებულია www.wikipedia.com -ის მიხედვით