Vas

1. Vas

2. Főbb adatok Név: vas Vegyjel: Fe Rendszám: 26 Halmazállapot: szilárd Forráspont: 2861 °C Olvadáspont: 1538 °C Atomtömeg 55,845 g/mol

3. Ismertetés Elemi állapotban szürkésfehér, szívós, jól alakítható fém. A földkéreg 4,8% vasat tartalmaz különböző vegyületek alakjában, elemi vas a természetben nem található (eltekintve a meteoritvastól). Az elemek közül ennél több csak oxigénből, szilíciumból és alumíniumból van. A vas ipari fontosságú elem. Érceiből redukálással állítják elő. Először a nyersvasgyártási eljárással nyersvasat, öntészeti célra öntöttvasat, az acélgyártás műveleteivel acélt állítanak elő.

4. Története A vasat valószínűleg az ókori Anatóliában vagy a Kaukázusban fedezték fel az i. e. II. évezredben, meteoritból származó vas megolvasztásával. Az első vasszerszámot a a Kheopsz-piramisnál folytatott ásatásoknál találták. Annak, hogy fennmaradt, a sivatagi száraz klíma lehet a magyarázata. Arról nincs pontos tudásunk, hogy mikor és hogyan nyerték ki a vasat először vasércből. A felfedezést feltehetően egy tűzbe került vasérc darabon kialakuló változás megfigyelése indította el. Az első „kohók” széljárta helyeken kapart kis gödrök voltak, amiben faszénnel kevert vasércet izzítottak. A vasérc redukálódott, azaz oxigéntartalma eltávozott, visszamaradt a vas, amiről a salakot kovácsolással el lehetett távolítani, az acélszerű terméket pedig fel lehetett használni.

5. Reakciói I. Elemekkel: Oxigénnel: Halogénekkel (Cl, Br, I) is Fe3+ ionná oxidálódva FeCl3 vagy pl FeBr3 halogenideket alkot, de még jóddal is +3-ig oxidálódik. Kénnel (S) csak Fe2+(ferro-) ionná oxidálódik mert a kén nem annyira oxidatív. Vízzel nem reagál, ha az oxigénmentes, desztillált víz, de ha a vízben van oldott oxigén, akkor rozsda (FeO(OH) vagy Fe(OH)2*Fe2O3 keletkezik. Savakkal: vas + sósav vas(ll)-klorid + hidrogén A híg szervetlen savak (HCl, HNO3…) mind reagálnak vele, kénsavval és sósavval csak +2-ig oxidálódik, de így nem stabil, lassan (hetek, hónapok alatt alakul át Fe3+ (ferri-) vegyületekké. A tömény szervetlen savak passziválják, védőréteg alakul ki a felszínén, ami megakadályozza a további reakciót (a HCl csak vízmentesen passziválja), ezért a tömény savakat vastartályban lehet szállítani.

6. Reakciói II. Lúgokkal nem reagál, nem amfoter fém. A pozitívabb standard elektródpotenciálú fémeket redukálni tudja, sóikban a helyüket átveszi. A vas levegőn csak magas hőmérsékleten (1250 K) oxidálódik. Ekkor vas(II)-vas(III)-oxid, Fe3O4 keletkezik. A száraz klórgáz és a cseppfolyós klór közönséges körülmények között a vasat nem támadja meg, ezért hozható a klór vaspalackokban forgalomba. Viszont víznyomok jelenlétében a vas már szobahőmérsékleten is reagál a klórral. A jódgőzök már szobahőmérsékleten is reagálnak a vassal. Ekkor a vas (II)-vas(III)-jodiddá (Fe3I8) oxidálódik. Hevítés hatására kénnel és foszforral is reakcióba lép, nitrogénnel azonban magas hőmérsékleten sem reagál. 4 Fe + 3 O2 2Fe2O3

7. Kémiai tulajdonságai A Fe2+ ion-vegyületek zöld színűek, az aniontól függően, de ezek a sók nem stabilak, levegőn átalakulnak sárga színű Fe3+ vegyületekké. Egyetlen só az ún. Mohr-só képes stabilizálni és megvédeni a további oxidációtól a 2+ vas-iont, ennek képlete Fe(NH4)2(SO4)2. A Fe2+ iont tartalmazó vas(II)-vegyületek redukáló tulajdonságúak (legerősebben lúgos közegben) , könnyen oxidálódnak stabilabb vas(III)-vegyületekké. Bár a vas oxidációs száma vegyületeiben leggyakrabban +2 vagy +3, egyes vegyületeiben (a ferrátokban) a vas oxidációs száma +6 is lehet. Reakcióképessége miatt kísérő elemeitől nehezen, hosszadalmas laboratóriumi műveletekkel is csak részben sikerül megtisztítani. A színvasnak minősíthető fém is csak mintegy 99,998% Fe-t tartalmaz; ezt főleg kísérleti célokra használják. Ipari célra – amennyiben tiszta vasra van szükség – nem ennyire tiszta, gazdaságosabban előállítható vasfajtákat használnak, például az elektrolitvasat, vagy a túloxidálással készült Armco-vasat.

8. Fizikai tulajdonságai A vas 1538 °C-on olvad. Az olvadt vas hűlés közben ugyanezen a hőmérsékleten szabályos rendszerbeli, térben középpontos kockarácsú (vagy tércentrált) kristályokká dermed; a kockarács élei 0,293 nm hosszúak. További hűlés során a kristályszerkezet megváltozik az A4 = 1394 °C hőmérsékleten: felületen középpontos (lapcentrált) rácsúak lesznek, a rácselem élei 0,368 nm-re változnak. Miközben az acél tovább hűl, A3 = 912 °C hőmérsékleten a kristályok ismét térben középpontos kockarácsúak lesznek, a rácselem mérete 0,290 nm. Ezután több átalakulásra már nem kerül sor; szobahőmérsékleten a vas szintén tércentrált kockarácsú, csupán az élei rövidülnek meg 0,286 nm-re a zsugorodás miatt. A vasnak tehát három kristályos módosulata van: 1538 és 1394 °C között a δ-vas, 1394 és 912 °C között a γ-vas, 912 °C-nál kisebb hőmérsékleten pedig az α-vas állandó. Látható, hogy az α(δ)- és az α-vas azonos rácsszerkezetű, csupán a rácselemük méretében különböznek egymástól, ami pedig a hőtágulással magyarázható (ebből adódik jelzésük egyezősége is). Régebben megkülönböztették a β-vasat is, de ez csak a mágnesezhetőség határát (770 °C) jelölte, nem külön módosulat. Fontos megjegyezni, hogy a vas módosulatainak a sűrűsége (fajtérfogata) különböző. Ennek az az oka, hogy az α-vas kockarácsában a vasatomok nem olyan szorosan helyezkednek el, mint a γ-vaséban. A vas legfontosabb ötvözete az acél, ami ötvözőként szenet és más ötvözőelemeket tartalmaz. Az ötvözők, de a szándék nélkül vasba került többi elem hatására is, az acél keményebbé, szilárdabbá – bizonyos határon túl pedig akár rideggé is – válik. A vas az elektromosságot és a hőt közepesen vezeti, és mágnesezhető. A vason kívül csak két másik fém, a kobalt és a nikkel mágnesezhető.

9. Előállítása A nyersvasgyártás a vas- és acélkohászat technológiai folyamatának első alapvető fázisa. A vas a természetben nem fordul elő színfém formájában (legfeljebb a meteoritvas ilyen), ezért azt érceiből, tűzi kohászati eljárással kell előállítani. A vas tűzi kohászata során a vasércből – amely főleg vasoxidos vegyületek keveréke – az oxigént redukálással távolítják el. A redukálást szén (a kohászok szóhasználatában „karbon”) segítségével végzik, mégpedig koksz formájában. A koksz feladata a redukáláson kívül a megfelelő hőmérséklet biztosítása is. A nyersvasat többnyire nagyolvasztóban, speciális aknás kemencében állítják elő, de vannak más eljárások is. koksz vasérc Salakképző anyag torokgáz Forró levegő salak Nyers vas

10. Rozsda A rozsda a fémek felületén oxidáció által keletkezett réteg. Rozsda alatt a vas rozsdásodását értjük, amely nedves levegőn képződik, azáltal, hogy a vas anyaga oxidálódik, majd a nedvesség hatására vasoxiddá alakul át. A vasrozsda képződését nemcsak a vastárgyakon láthatjuk, hanem vastartalmú ásványok (ércek), kőzetek felületén és vasvegyületeket tartalmazó vizekben is. A rozsdásodást elősegítik a nedvességen kívül a levegő széndioxidtartalma, és a savak és a sók is. A rozsdásodás ellen a fémek bevonásával (nikkelezés, ónozás), zománcozással vagy festéssel védekezhetünk. A felületek levegőn, vízben, vagy más kémiai környezetekben történő átalakulását általánosan korróziónak nevezik.

11. Felhasználás A vasnak sokrétű a felhasználása, mint a közéletben, mint az iparban.

12. Vége