Мы до сих пор живем в железном веке. Несмотря на устремленность к новым материалам, таким как разнообразная керамика, полимеры, композиты и т.п., все же основными конструкционными материалами нашей цивилизации остаются металлы, и главный из них – железо. Автомобили, железные дороги, ножи и топоры – все это немыслимо для нас без железа и его сплавов. Однако так ли неуязвима железная «опора» нашего мира!
Горит ли железо?
В домах пожарные лестницы изготовлены из железа. Значит, пожарные рассчитывают на их безопасность? Но мы не будем полагаться на чужое мнение. Проверим сами!
Внесем железный гвоздь в пламя горелки. Если бы вместо железа была бумага, она бы уже загорелась. Но, может, надо просто дольше греть? Греем еще. Уже загорелась бы и сырая деревяшка. Гвоздь уже светится, настолько он раскалился, а загораться не хочет.
Но в воздухе всего около 20% кислорода, а в чистом кислороде вещества должны гореть лучше. Осторожно опустим раскаленный гвоздь в банку с кислородом. Откуда взять кислород? Например, из кислородной подушки. Заполним кислородом прозрачную банку или колбу с широким горлом, вытесняя из нее током кислорода заранее налитую воду. Банку накрываем стеклянной пластинкой или другой крышкой, чтобы кислород не улетучился, пока мы возимся с гвоздем.
Снова ничего не получается, гвоздь в кислороде не горит. Можем ли мы быть уверены, что железо не горит никогда?
Конечно, нет! И наверняка вы видели горящее железо. Замечательные искры в пиротехнических фонтанчиках обусловлены сгоранием чугунных опилок, то есть мелко покрошенного железа. Оно сгорает в кислороде, выделяющемся при разложении другого компонента пиротехнической смеси.
Чем мельче раскрошено вещество, тем активнее оно со всем реагирует, в том числе горит. Можно напилить опилок, например, с чугунной гири, поместить их металлическую ложечку, хорошо разогреть и внести в банку с кислородом – опилки загорятся (опыт не всегда получается с первого раза, будем терпеливы; лучше всего «помочь» процессу, перед самым внесением поместив в ложечку горящую спичку). Возможно использовать и тонкую железную проволоку, на конце завитую в небольшую спираль, с прикрепленной к ней спичкой. При удаче проволока, внесенная в банку с кислородом, зажигается от спички и горит, разбрасывая красивые искры.
Видео: Горение железа в кислороде
А можно ли измельчить железо так, чтобы оно загоралось не только в кислороде, но и на воздухе? Напильником – нет. Но вполне реально получить очень мелкодисперсное железо с помощью химической реакции. Для этого нам понадобится соль железа и щавелевой кислоты – оксалат железа (II).
При нагревании оксалат железа разлагается, его желтоватая окраска сменяется более темной – это образуется железо в виде очень тонкого черного порошка. Почему оно черное, а не серое с металлическим блеском, как мы привыкли? Потому что частички железа чрезвычайно мелкие. Если, не охлаждая, медленно вытряхнуть порошок из пробирки с высоты на негорючую подложку (например, асбестовый лист), то частички железа, падая, трутся о воздух и загораются. Сами, без всякого поджигания! Вот что значит мелкодисперсное железо. Выходит, железо может быть не только горючим, но и пожароопасным. Все зависит от размера его частиц.
Видео: Горит ли железо? Гвоздь не загорается даже в пламени паяльной горелки, а мельчайшие частицы железа, образующиеся при разложении оксалата, самовоспламеняются от трения о воздух.
Впрочем, на самом деле, если хорошенько постараться, можно зажечь и большой кусок железа. Чтобы стальная балка загорелась в кислороде, нужно нагреть ее до 1200-1300 °С. Именно при таких температурах происходит кислородная резка стали. А при температурах ядерного взрыва железо прекрасно горит и на воздухе.
Растворяется ли железо?
Правильный ответ: смотря в чем. Железо неплохо растворяется в кислотах с протеканием химической реакции. Исключения – концентрированные серная и азотная кислоты. Они реагируют с железом с поверхности, превращая его в прочный твердый оксид, который препятствует дальнейшему взаимодействию. Поэтому серную и азотную кислоты можно возить в железных цистернах (но только концентрированные! разбавленные прекрасно растворяют железо).
Однако чаще всего нас интересует растворимость в воде. И это правильно: кислоты еще поискать надо, а вода – везде. Положим гвоздь в стакан с водой, помешаем… Ничего не происходит. Возьмем железные опилки – тоже не растворяются. Значит, можно рассчитывать на надежность железных конструкций в воде?
Не стоит торопиться. Оставим гвоздь в стакане на несколько дней. Вот тут уже станут заметны изменения. На гвозде появятся рыжие язвочки – ржавчина. Это гидроксид железа (III) Fe2O3*nH2O. Строго говоря, ржавление – один из видов коррозии металла, т.е. разрушения при взаимодействии с компонентами окружающей среды – это не растворение. Но гидроксид железа рыхлый и отнюдь не препятствует дальнейшему разрушению железа. В итоге вода может проесть металл насквозь, если конструкция достаточно велика, а маленькое железное изделие и вовсе уничтожить. Медленно, но верно.
С коррозией можно бороться: шлифовать поверхность железного изделия, чтобы уменьшить площадь контакта с водой; подщелачивать воду; покрывать железо слоем краски или смазки; подавать на него положительный электрический заряд, делая непривлекательным для окислителя в лице воды; «подставлять» врагу-воде на растерзание более активный металл, например, цинк… Но по сути, это борьба с ветряными мельницами. Рано или поздно ржавчина возьмет свое.
У железа масса преимуществ перед другими металлами. Оно широко распространено, дешево, просто в получении, довольно твердо и при этом неплохо поддается обработке – оптимальное сочетание. Но век его недолог. На нашей водной планете, в кислородной атмосфере мало шансов, что спустя тысячелетия археологи найдут железные остатки нашей цивилизации.
Если вам было интересно – ставьте плюсик. Пишите в комментариях, о чем еще рассказать.
Другие публикации:
про сахар
про соль
про воду
про соду
про газ
про иод
про кислород
про крахмал
про ртуть
про алюминий