При сгорании железного порошка, при операциях, связанных с работой электрической дуги, в окружающую атмосферу поступает дым оксида железа Fe2O4, который вызывает патологические изменения функции легких. ПДК для Fe2O3 в воздухе (в пересчете на Fe) – 0,04мг/м3.
Сульфаты и хлориды железа являются наиболее токсичными вредными примесями. ПДК для сульфата (в пересчете на Fe) в атмосферном воздухе –0,007 мг/м3, для хлорида – 0,004 мг/м3.
Аэрозоли (пыль, дым) железа и его оксидов, руд и других соединений при длительном воздействии откладываются в легких и вызывают специфическое заболевание легких – сидероз. Различают, так называемый «красный сидероз», вызываемый оксидом железа (III) и «черный сидероз», возникающий от вдыхания пыли железа, его карбонатов и фосфатов.
У рабочих, обрабатывающих пириты, наблюдаются желудочные заболевания (гастриты, дуодениты) [6].
У рабочих доменного и мартеновского производств наблюдается нарушение обоняния.Среди электросварщиков, сталеваров часты воспалительные заболевания верхних дыхательных путей.
У рабочих железорудных шахт и горнообогатительных фабрик особенно часты хронические бронхиты, иногда осложненные астмой, эмфиземой легких. Встречаются стоматиты, воспаления десен, поражения зубов, поражения слизистой рта.
Мероприятия, обеспечивающие безопасность работы в атмосфере с повышенным содержанием частиц железа и его соединений, заключаются в очистке воздуха от вредных примесей, в эффективной вентиляции помещений, в применении спецодежды, респираторов, очков.
Реальную опасность при приеме внутрь представляют железо, поступающее в организм в составе лекарственных веществ и сульфат железа (II). Токсические дозы FeSO4 или чистого железа (для человека ЛД = 200-250 мг/кг) приводят к смертельному исходу в результате химического ожога внутренних органов.
Токсичность соединений железа в воде зависит от pH. В щелочной среде токсичность возрастает. От избыточного содержания железа в воде могут гибнуть рыбы, водоросли. Большую опасность представляют сточные воды и шламы производств, связанных с переработкой железосодержащих продуктов.
Подпороговые концентрации в воде водоемов: сульфат и нитрат железа (III), гидроксид железа (II) – 0,5 мг/л; хлорид железа (III) – 0,9 мг/л.
Соединения железа (II) обладают общим токсическим действием. Соединения железа (III) менее ядовитые, но действуют прижигающе на пищеварительный канал и вызывают рвоту.
ПДК железа в питьевой воде 0,3 мг/л.
В природных водоемах, например, в Ладожском озере, в Неве, содержание железа меньше 0,3 мг/л. Перед поступлением в сети городского водоснабжения вода из водоемов подвергается фильтрации и действию коагулянтов, которые вместе с органическими примесями удаляют и часть железа.
Обработка воды с повышенным содержанием железа заключается в фильтровании на механических фильтрах (антрацит), коагуляции, глинозем Al2(SO4)3), иногда - в обработке магнитными полями (в случае магнитных форм железа).
Профилактические мероприятия, обеспечивающие безопасные условия труда при воздействии на работающих железа и его соединений определяются нормативными документами применительно к конкретным условиям производства [7,8].
В этой главе мы рассмотрели некоторые (на самом деле их гораздо больше) экологические вопросы, связанные с железом и его соединениями, а также способами устранения. И в следующей главе мы будем рассматривать, способы проведения уроков в школе по этой теме.
Железо: его строение и свойства
“Век девятнадцатый, железный,
Воистину жестокий век!
Тобою в мрак ночной, беззвездный
Беспечный брошен человек!”
Цели урока:
· сформировать представление о физических и химических свойствах железа в зависимости от проявляемой им степени окисления и природы окислителя;
· развивать теоретическое мышление учащихся и их умения прогнозировать свойства вещества, опираясь на знания о его строении;
· развивать понятийное мышление таких операций, как анализ, сравнение, обобщение, систематизация;
· развивать такие качества мышления, как объективность, лаконизм и ясность, самоконтроль и активность.
Задачи урока:
· актуализировать знания учащихся по теме: “Строение атома”;
· организовать коллективную работу учащихся от постановки учебной задачи до конечного результата (составить опорную схему к уроку);
· обобщить материал по теме: “Металлы” и рассмотреть свойства железа и его применение;
· организовать самостоятельную исследовательскую работу в парах по изучению химических свойств железа;
· организовать взаимоконтроль учащихся на уроке.
Тип урока: изучение нового материала.
Реактивы и оборудование:
· железо (порошок, пластина, скрепка),
· сера,
· соляная кислота,
· сульфат меди (II),
· кристаллическая решетка железа,
· плакаты для игры,
· магнит,
· подборка иллюстраций по теме,
· пробирки,
· спиртовка,
· спички,
· ложка для сжигания горючих веществ,
· географические карты.
Структура урока
1. Вводная часть.
2. Изучение нового материала.
3. Сообщение домашнего задания.
4. Закрепление изученного материала.
Ход урока
1. Вводная часть
Организационный момент.
Проверка наличия учащихся.
Сообщение темы урока. Запись темы на доске и в тетрадях учащихся.
2. Изучение нового материала
– Как вы думаете, как будет звучать тема нашего сегодняшнего урока?
1. Появление железа в человеческой цивилизации положило начало железному веку.
Откуда же древние люди брали железо в то время, когда еще не умели добывать его из руды? Железо в переводе с шумерского языка – это металл, “капнувший с неба, небесный”. Первое железо, с которым столкнулось человечество, было железом из метеоритов. Впервые доказал, что “железные камни падают с неба”, в 1775 г. русский ученый П.С. Палас, который привез в Петербург глыбу самородного железного метеорита весом 600 кг. Самым крупным железным метеоритом является найденный в 1920 г. в Юго-Западной Африке метеорит “Гоба” весом около 60 т. Вспомним гробницу Тутанхамона: золото, золото. Великолепная работа восхищает, блеск слепит глаза. Но вот что пишет К.Керрам в книге “Боги, гробницы, ученые” о маленьком железном амулете Тутанхамона: “Амулет относится к числу наиболее ранних изделий Египта, и …в гробнице, наполненной чуть ли не до отказа золотом, именно эта скромная находка имела наибольшую с точки зрения истории культуры ценность”. Всего несколько железных изделий было найдено в гробнице фараона, среди них железный амулет бога Гора, небольшой кинжальчик с железным клинком и золотой рукояткой, маленькая железная скамеечка “Урс”.
Ученые предполагают, что именно страны Малой Азии, где проживали племена хеттов, были местом возникновения черной металлургии. В Европу железо пришло из Малой Азии уже в I тыс. до н.э.; так в Европе начался железный век.
Знаменитую булатную сталь (или булат) делали на Востоке еще во времена Аристотеля (IV в. до н.э.). Но технология ее изготовления держалась в секрете много веков.
Мне приснилась иная печаль
Про седую дамасскую сталь.
Я увидел, как сталь закалялась,
Как из юных рабов одного
Выбирали, кормили его,
Чтобы плоть его сил набиралась.
Выжидали положенный срок,
А потом раскаленный клинок
В мускулистую плоть погружали,
Вынимали готовый клинок.
Крепче стали, не видел Восток,
Крепче стали и горше печали.
Поскольку булат – это сталь с очень большой твердостью и упругостью, изготовленные из нее изделия обладают способностью не тупиться, будучи остро заточенными. Раскрыл секрет булата русский металлург П.П. Аносов. Он очень медленно охлаждал раскаленную сталь в специальном растворе технического масла, подогретого до определенной температуры; в процессе охлаждения сталь ковалась.
2. Положение железа в ПСХЭМ.
Выясняем положение железа в ПСХЭМ, заряд ядра и распределение электронов в атоме.
3. Физические свойства железа.
– Какие физические свойства железа вы знаете?
Железо – это серебристо-белый металл с температурой плавления 1539оС. Очень пластичный, поэтому легко обрабатывается, куется, прокатывается, штампуется. Железо обладает способностью намагничиваться и размагничиваться, поэтому применяется в качестве сердечников электромагнитов в различных электрических машинах и аппаратах. Ему можно придать большую прочность и твердость методами термического и механического воздействия, например, с помощью закалки и прокатки.
Различают химически чистое и технически чистое железо. Технически чистое железо, по сути, представляет собой низкоуглеродистую сталь, оно содержит 0,02 -0,04% углерода, а кислорода, серы, азота и фосфора – еще меньше. Химически чистое железо содержит менее 0,01% примесей. Химически чистое железо – серебристо-серый, блестящий, по внешнему виду очень похожий на платину металл. Химически чистое железо устойчиво к коррозии (вспомним, что такое коррозия? Демонстрация коррозионного гвоздя) и хорошо сопротивляется действию кислот. Однако ничтожные доли примесей лишают его этих драгоценный свойств.
4. Химические свойства железа.
Исходя из знаний о химических свойствах металлов, как вы думаете, какими химическими свойствами будет обладать железо?
| +2 | +3 |
| Взаимодействие с неметаллами | |
| Fe + S= FeS | 2Fe +3CL2 = 2FeCL3 |
| С кислотами | |
| Fe + 2HCL= FeCL2 + H2 | |
| С солями | |
| Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu | |
| С водой | |
| 3 Fe + 4H2O (пары) = Fe3O4 + 4H2 | При температуре 700-900оС |
Демонстрация опытов.