Открытие железа как химического элемента кратко

Обновлено: 08.07.2024

Крупнейшим достижением человечества, вызвавшим бурный рост производительных сил, явилось получение и применение железа. Железо окончательно вытеснило каменные орудия, чего не могли сделать ни медь, ни бронза. В чем же заключались преимущества железных орудий труда перед орудиями труда из камня и бронзы?

Когда появилось железо?

В Китае железо было известно уже в 2357 году до н.э., а в Египте — в 2800 году до н.э., хотя в Египте еще в 1600 г. до н.э. на железо смотрели как на диковину. В эти времена оно еще не получило широкого распространения. Железный век в Европе начался приблизительно за 1000 лет до н.э., когда на берега Средиземного моря проникло искусство получения железа.

Правда, следует отметить, что с чистым железом люди познакомились еще в эпоху энеолита, однако никакого практического значения этот факт тогда не имел. Дело в том, что в чистом виде железо в природе встречается в метеоритах. Эти падающие с неба куски металла стали предметом культа у некоторых народов: они встречаются при раскопках ряда стоянок.

Как добывали железо в древности?

В отличие от меди и олова, железо в древности добывалось повсюду из озерных, болотистых, луговых и других руд, которые в настоящее время уже не имеют большого практического значения.

Сыродутный способ получения железа

Одним из величайших изобретений человечества был сыродутный процесс получения железа. При этом процессе восстановление железа из руды достигается при температуре 900°. Для получения железа сыродутным способом:

руда дробилась и затем обжигалась на открытом огне;
после этого в ямах или небольших глиняных печах производилось восстановление металла.

Для восстановления металла в горн добавлялся древесный уголь и нагнетался воздух.

В результате процесса на дне глиняной печи образовывалась так называемая крица — комок пористого тестообразного и сильно загрязненного железа весом от 1 до 8 кг, который затем было необходимо подвергать многократной горячей проковке. После этого из нее изготавливали различные орудия труда и оружие.

Изобретение кожаных мехов

Кожаные меха, которыми нагнетался воздух в горны, были изобретены для ускорения плавки меди. Для сыродутного процесса кожаные меха стали совершенно необходимы, без них люди не смогли бы получать железо.

Впервые усовершенствованная искусственная воздуходувка появилась в Египте около 1580 г. до н.э.

Кричное железо

Кричное железо, которое получалось в результате сыродутного процесса, отличалось мягкостью, однако еще в древности был открыт способ получения более твердого металла. Для этого применялось сваривание, а также закалка железных изделий или их цементация.

Способ получения сварного железа, а также методы поверхностной закалки, по-видимому, были впервые применены в 1400 г. до н.э. в Армении, в небольшом местечке Шохдок-Карадаг, расположенном к северо-востоку от горы Арарат.

Здесь имелись богатые залежи железных руд, так называемых гематитов, а также запасы топлива в виде обширных лесных массивов. Жители этого района начали выплавлять железо, основываясь на опыте разработки и плавки медных руд.

Выплавляемое в Закавказье железо шло в Месопотамскую долину, в Шумерийское государство, в страны, расположенные в Передней Азии, а оттуда — и в Египет.

Несколько позже возникли и другие центры выделки железа. Стремление иметь более прочные орудия труда и оружие привело к открытию метода производства стали. Уже в античном мире начиная с первой половины I тысячелетия до н.э. сталь широко использовалась для изготовления орудий труда и оружия.

Применение железа в древности

Железо очень скоро проникло во все области производства, быта и военного дела, так как улучшение способов выплавки сделало его дешевым металлом. Оно в буквальном смысле произвело переворот во всех областях производства.

Распространение железа оказало влияние и на такие отрасли хозяйства, как рыболовство, охота и др. Важную роль железо сыграло и в изменении методов обработки дерева. Дерево в древности являлось основным материалом для строительства домов, сооружения средств передвижения по суше и воде, изготовления разнообразной утвари и т. д. Поэтому усовершенствование методов обработки дерева при помощи железных инструментов позволило поднять производительность труда в строительном деле.

Роль железа в земледелии

Овладение железом способствовало развитию земледелия. Железный топор и соха с железным лемехом способствовали расширению обработки земли. Железные орудия обеспечили обработку полей не только в безлесных, но и в лесных местах, где приходилось предварительно вырубать деревья.

Вместе с распространением железа земледелие превратилось в важную отрасль производства. Развитие земледелия отразилось и на характере скотоводства, которое либо превратилось в дополнение к земледелию, либо развивалось в самостоятельную отрасль — кочевое скотоводство.

Железо в организме человека. Пожалуй, каждому известен 26-ой элемент таблицы Менделеева. Речь идет о железе, изделия из которого мы постоянно используем в быту. Этот ковкий, вязкий металл входит в состав различных сплавов. Кроме того железо – важный микроэлемент, участвующий во многих биохимических процессах. В частности, он является частью гемоглобина и входит в состав эритроцитов, красных кровяных клеток, которые придают крови алый цвет. Можно с уверенностью сказать, что без эритроцитов жизнь была бы невозможна. Они участвуют в кислородном обмене: переносят кислород и углекислый газ. Прочитав статью, вы узнаете, какую роль в организме выполняет железо. Также мы расскажем легенду о кольце, которое решил изготовить один французский ученый.

История открытия железа

История открытия железа уходит корнями далеко в прошлое. В природе оно встречается довольно часто, занимая второе место по распространённости среди микроэлементов. По мнению ученых, первое железо, которое обнаружил человек, было метеоритного происхождения. А первые исторические сведения о нем появились около 5000 лет назад. На тот период времени железо было одним из самых дорогих металлов и ценилось дороже золота. Кузнецы даже вставляли украшения из железа в золотую оправу. Прошли годы, и оно перестало считаться драгоценным металлом, войдя в наш повседневный обиход.

Следующим шагом к изучению свойств этого минерала стало изобретение горна. Считается, что первые доменные печи с горном появились в Китае в 4 веке. Эти сооружения были с открытым верхом, а изнутри выполнены из огнеупорного материала. Таким образом люди научились получать железо относительно хорошего качества. Эти данные подтверждают данные археологических раскопок.

Много веков спустя французский исследователь Франсуа Мари Рауль, в середине 19 века обнаружил железо в крови человека. Существует печальная легенда о кольце, которое решил изготовить его ученик для своей возлюбленной. В качестве материала он решил использовать собственную кровь, а точнее содержащееся в ней железо. Этот эксперимент закончился плачевно – юноша скончался от малокровия. К сожалению, пылкий юноша не знал, что в организме взрослого человека содержится всего 3-4 грамма железа.

Пластичный и ковкий металл:
химические свойства железа

Итак, перечислим основные химические свойства железа. У этого минерала хорошая пластичность, температура плавления – 1530 градусов Цельсия. Он легко поддается ковке, имеет хорошие электро- и теплопроводимость. В отличие от других металлов обладает магнитными свойствами. После взаимодействия с кислородом на поверхности образуется защитная пленка. Если в воздухе содержится влага, то железо окисляется. В результате этого процесса на его поверхности оседает ржавчина. Кроме того железо растворяется в некоторых кислотах.

Роль железа в организме человека

Несмотря на то, что в нашем организме содержится очень небольшое количество этого минерала, роль железа в организме человека очень велика. Большая часть от общего объема содержится в гемоглобине, около 20% – откладывается в депо, которые находятся в печени, селезёнке, костном мозге и мышцах. Примерно такое же количество вещества принимает участие в синтезе клеточных ферментов. Основная функция железа в нашем организме – участие в процессе кроветворения, также оно незаменимый компонент иммунобиологических процессов, необходимо для кислородного обмена. Железо необходимо для синтеза гемоглобина, который транспортирует кислород от лёгких к тканям и органам. Оптимальный уровень минерала в организме – это залог здоровья кожных покровов, а также защита от чрезмерного утомления и сонливости.

У данного вещества есть и другие функции в нашем организме:

важнейший микроэлемент, который обеспечивает клеточное дыхание;
регулирует клеточный и системный метаболический процесс;
борется с продуктами перекисного окисления;
участвует в передаче нервных импульсов;
способствует нормальному функционированию щитовидной железы;
обеспечивает оптимальную работу мозга;
имеет иммуномодулирующее свойство.

Недостаток железа
в организме человека

Недостаток железа в организме человека выражается в первую очередь анемией. Это состояние возникает по разным причинам, встречается чаще всего у детей, беременных женщин и пожилых людей. У детей нехватка этого минерала связана с быстрым ростом, у беременных во время вынашивания ребёнка увеличивается потребность в железе. В преклонном возрасте этот элемент плохо усваивается.

Также причинами дефицита железа в организме могут быть и другие факторы:

неправильное питание;
травмы или ранения с большими кровопотерями;
плохая усвояемость в результате нехватки витаминов С и В12;
заболевания ЖКТ, которые мешают нормальному усвоению железа;
гормональный дисбаланс.

Дефицит железа проявляется в виде хронической усталости, слабости, головных болей, пониженного давления. Такие симптомы даёт кислородное голодание организма. Если анемия прогрессирует, то появляется чрезмерная бледность кожи, снижается иммунитет, может появиться сухость во рту, а так же ломкость ногтей и волос и шелушение кожи.

В настоящее время ученые пришли к выводу, что с помощью диетотерапии устранить дефицит железа невозможно. Поэтому необходимо применять препараты, содержащие данный микроэлемент. Также для восполнения недостатка железа в организме можно применять различные витаминные комплексы.

Переизбыток железа в организме

Переизбыток железа в организме встречается очень редко. Причиной ему могут быть различные заболевания, связанные с нарушением обмена веществ, бесконтрольный приём препаратов железа, алкоголизм. Последствиями передозировки минерала могут стать нарушения в работе головного мозга, печени, почек.

Какие проявления избытка железа в организме:

оттенок кожи желтоватого цвета,
увеличенная печень,
нарушение сердечного ритма,
появление тошноты,
боли в желудке,
потеря веса.

Надо сказать, что токсическая доза железа для человека примерно 200 мг, а разовое употребление 7 грамм и более приводит к летальному исходу.

Какие продукты богаты железом

Для того что бы избежать железистой анемии (недостаток железа) нужно знать, какие продукты богаты железом.

Мясные продукты:

печень;
крольчатина;
почки говяжьи;
баранина.

Хочется отметить, что в продуктах растительного происхождения, железа содержится не так много, но пренебрегать ими не стоит. Вот список злаков, овощей, фруктов и ягод, наиболее богатых этим минералом:

плоды шиповника;
пшено;
чечевица;
манка;
гречка;
геркулес;
курага;
изюм;
орехи;
сливовый сок;
тыквенные семечки;
морская капуста;
шпинат;
груша;
хурма;
черника.

В молочных продуктах железа содержится чуть меньше. Чтобы железо усваивалось лучше, рекомендуется употреблять мясные продукты вместе с растительными. Особенно важно получать с пищей витамины С и В12, способствующие усвоению этого минерала. Для поддержания здоровья нашего организма, суточная норма потребления железа должна составлять:

для мужчин – 10мг железа;
для женщин – 15-20мг железа;
для детей, в зависимости от возраста и массы тела от 4-18 мг;
для беременных и кормящих женщин – 33-38 мг.

Железо в спорте

Железо в спорте и спортивной фармакологии применяется повсеместно, так как любые активные тренировки снижают уровень этого минерала в организме. Так происходит из-за физического напряжения и повреждения мышц продуктами распада. О том, что основной функцией железа является соединение белков для синтеза гемоглобина, пожалуй, известно всем. А вот о том, что этот минерал необходим для синтеза миоглобина, который содержится только в мышцах, известно далеко не многим. Миоглобин осуществляет транспортировку кислорода к мышечным клеткам, необходим для химических реакций, которые способствуют сокращению мышц.

Во время выполнения аэробных упражнений, занятий бегом или аэробикой (где идёт нагрузка на ноги) происходит увеличение потери железа. В группу риска попадают женщины, занимающиеся более 3 часов в неделю. Понижение уровня железа в организме снижает мышечную активность. Бегуны-марафонцы применяют препараты железа, чтобы улучшить кровоснабжение тканей, тем самым увеличивая выносливость и работоспособность. Благодаря этому они сохраняют силы на прохождение всей дистанции. Культуристы и тяжелоатлеты часто надрывают и заново восстанавливают повреждённую мышечную ткань. Эти процессы требуют дополнительного количества железа.

Причины снижения уровня железа

Одной из причин снижения уровня железа в организме может стать его малое содержание в пище. Например, если женщине-спортсменке требуется увеличить количество потребляемого железа в сутки на 18мг, а из-за неправильно составленного рациона она получает 12мг минерала, то у неё возникает анемия.

Чтобы восстановить недостаток этого минерала в организме, нужно обязательно включить в рацион говяжье мясо и печень. Хорошим дополнением будут овощи и зелень, богатые витаминами С и В12.

Если вы подозреваете у себя недостаток железа, не торопитесь принимать фармацевтические препараты. Лучше сначала лучше проконсультируйтесь с врачом или диетологом, специализирующимся в спортивной фармакологии. Применяйте лекарственные средства только по рекомендации специалиста. Соблюдая эти несложные правила, вы сможете сохранить здоровье на долгие годы.

Железо по распространенности в природе занимает второе место среди металлов, проигрывая лишь алюминию. Самородное железо в природе практически не встречается. Предположительно, что железо, которое попало впервые в руки человека, было метеоритного происхождения. Железо является относительно активным металлом и под воздействием внешних условий окисляется, покрываясь ржавчиной, то есть подвергалось коррозии. Поэтому, хотя человек использует железо с древний времен, изделия из него встречаютсч крайне редко. В течении многих веков они просто превратились в в ржавчину. Первым упоминания об использовании железа около пяти тысяч лет. Железо в те времена было очень дорогим, ценилось оно дороже золота, первого металла, который стал использовать человек. Изделия из железа, как это не порадоксально помещались в оправу из золота.
С самородными металлами народы, населяющие все континенты, познакомились почти в одно и то же время. С железом же происходило знакомство иначе и оно растянулось на более длинные исторические промежутки времени.

Посмотрим на исторические факты. В Египте железо получали еще во втором тысячелетии до нашей эры, в Лревней Греции-в конце II тясячелетия, в Китае-в середине первого тысячелетия до нашей эры. А на американском континенте лишь с приходом европейцев. Чем это объясняется? В государствах, где запасы самородных металлов, в первую очередь меди и олова, были невелики, у людей возникала необходимость поиска новых металлов, чтобы заменить самородные.

Выплавка чугуна

В Америке находились крупнейшие месторождения меди, поэтому потребности в других металлах не было. А вот африканские племена перешагнули через медный век, минуя его, к железному веку. С увеличением численности населения, с занятием людьми новых территорий. Выработка железа неуклонно росла, и оно перешло из ранга драгоценных металлов в обычные.
Из известных тогда металлов железо было самым прочным. Из него изготавливали различные орудия труда, оружие, инструменты. В начале нашей эпохи железо уже производили в Европе и в Азии. Лучшими металлургами были индийцы.

Как же развивались способы получения железа? Первоначально человек использовал метеоритное железо, но оно было очень редким и очень дорогим. Затем стали получать нагреванием руд с углем, делая это на хорошо продуваемых ветром местах. Но, полученное таким способом железо было губчатым, с большим содержанием шлаков и хрупким. Важнейшим шагом в технологии получения железа стало появление горна, который был открыт свержу и обложен изнутри огнеупорными материалами. Используя данный способ получалоь относительно качественное железо, о чем говорят раскопки, произведенные археологами в Сирии на месте древних городов.

Далее, люди заметили, что из чугуна, который они считали отходами, можно получит качественный металл, при этом требовалось значительно меньше угля и качество металла было значительно лучше.
Первые плавильные печи появились к концу пятнадцатого века. В них получали только чугун. В 1885 году был предложен способ производства стали, который называется конверторным. Примерно в это же время был внедрен и мартеновский способ получения стали. При выплавке стали в мартеновских печах, получалась очень высококачественная сталь, практически свободная от шлаков.

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 (Fe₂O₃,), бурого железняка (2Fe₂O₃, ЗН₂О) и его разновидностей (болотная руда, сидерит, или шпатовое железо FeCO,), магнетита (Fe₃0₄) 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.

Этимология названий железа на древних языках довольно отчетливо отражает историю знакомства наших предков с этим металлом. Многие древние народы, несомненно, познакомились с ним, как с металлом, упавшим с неба, т. е. как с метеоритным железом. Так, в древнем Египте железо имело название би-ни-пет (бенипет, коптское - бенипе), что в буквальном переводе означает небесная руда, или небесный металл. В эпоху первых династий Ур в Месопотамии железо именовали ан-бар (небесное железо). В папирусе Эберса (ранее 1500 г. до н.э.) имеются два упоминания о железе; в одном случае о нем говорится как о металле из города Кэзи (Верхний Египет), в другом - как о металле небесного изготовления (артпет). Древнегреческое название железа, так же как и северокавказское - зидо, связано с древнейшим словом, уцелевшим в латинском языке,-- sidereus (звездный от Sidus - звезда, светило). На древнем и современном армянском языке железо называется еркат, что означает капнувшее (упавшее) с неба. O том, что древние люди пользовались вначале именно железом метеоритного происхождения, свидетельствуют и распространенные у некоторых народов мифы о богах или демонах, сбросивших с неба железные предметы и орудия, - плуги, топоры и пр. Интересен также факт, что к моменту открытия Америки индейцы и эскимосы Северной Америки не были знакомы со способами получения железа из руд, но умели обрабатывать метеоритное железо.

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.

Впрочем, некоторые народы не связывали название железа с небесным происхождением металла. Так, у славянских народов железо называется по "функциональному" признаку. Русское железо (южнославянское зализо, польское zelaso, литовское gelesis и т. д.) имеет корень "лез" или "рез" (от слова лезо - лезвие). Такое словообразование прямо указывает на функцию предметов, изготовлявшихся из железа, -- режущих инструментов и оружия. Приставка "же", по-видимому, смягчение более древнего "зе" или "за"; она сохранилась в начальном виде у многих славянских народов (у чехов - zelezo). Старые немецкие филологи - представители теории индоевропейского, или, как они его называли, индогерманского праязыка - стремились произвести славянские названия от немецких и санскритских корней. Например, Фик сопоставляет слово железо с санскритским ghalgha (расплавленный металл, от ghal - пылать). Но вряд ли это соответствует действительности: ведь древним людям была недоступна плавка железа. С санскритским ghalgha скорее можно сопоставить греческое название меди, но не славянское слово железо. Функциональный признак в названиях железа нашел отражение и в других языках. Так, на латинском языке наряду с обычным названием стали (chalybs), происходящим от наименования племени халибов, жившего на южном побережье Черного моря, употреблялось название acies, буквально обозначающее лезвие или острие. Это, слово в точности соответствует древнегреческому , применявшемуся в том же самом смысле. Упомянем в нескольких словах о происхождении немецкого и английского названий железа. Филологи обычно принимают, что немецкое слово Eisen имеет кельтское происхождение, так же как и английское Iron. В обоих терминах отражены кельтские названия рек (Isarno, Isarkos, Eisack), которые затем трансформировались) isarn, eisarn) и превратились в Eisen. Существуют, впрочем, и другие точки зрения. Некоторые филологи производят немецкое Eisen от кельтского isara, означающего "крепкий, сильный". Существуют также теории, утверждающие, что Eisen происходит от ayas или aes (медь), а также от Eis (лед) и т.д. Староанглийское название железа (до 1150 г.) - iren; оно употреблялось наряду с isern и isen и перешло в средние века. Современное Iron вошло в употребление после 1630 г. Заметим, что в "Алхимическом лексиконе" Руланда (1612) в качестве одного из старых названий железа приведено слово Iris, означающее "радуга" и созвучное Iron.

Ставшее международным, латинское название Ferrum принято у романских народов. Оно, вероятно, связано с греколатинским fars (быть твердым), которое происходит от санскритского bhars (твердеть). Возможно сопоставление и с ferreus, означающим у древних писателей "нечувствительный, непреклонный, крепкий, твердый, тяжкий", а также с ferre (носить). Алхимики наряду с Ferrum ynoтребляли и многие другие названия, например Iris, Sarsar, Phaulec,Mineraи др.

Железные изделия из метеоритного железа найдены в захоронениях, относящихся к очень давним временам (IV - V тысячелетиях до н.э.), в Египте и Месопотамии. Однако железный век в Египте начался лишь с ХIIв. до н. э., а в других странах еще позднее. В древнерусской литературе слово железо фигурирует в древнейших памятниках (с XI в.) под названиями желъзо, железо, жельзо.

Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору

Читайте также: