Raud (0)

Raud
Raud (Ferrum) on keemiline element järjenumbriga 26. Raud asub Perioodilisussüsteemi VIII B rühmas ja 4. perioodis .
Tal on neli stabiilset isotoopi massiarvudega 54, 56, 57 ja 58.
Omadustelt on raud  metall .
Normaaltingimustel on raud tahke aine tihedusega 7,87 g/cm3. Raua sulamistemperatuur on 1535 Celsiuse kraadi. Raud esineb madalal rõhul neljakristallmodifikatsioonina olenevalt temperatuurist.
Raud on kõige levinum element Maa koostises ning levimuselt maakoores metallidest alumiiniumi järel teisel kohal.

Raua asetus perioodilisussüsteemis ja aatomi ehitus

• Raud asub perioodilisusüteemis VIII rühma kõrvalalarühmas. Raua aatomi järjenumbrist (26) ja täisarvuni ümardatud aatomimassist (56) järeldub, et raua aatomi tuumas on 26 prootonit, ja 56-26=30 neutronit. Raud on neljanda perioodi element, järelikult asuvad tema elektronkatte 26 elektroni neljandal elektronkihil : Fe : +26/2)8)14)2)
  
  • Keemiliste reaktsioonide käigus võib raud loovutada elektrone ka eelviimaselt elektronkihilt. **Ühendeis on raua oksüdatsiooniaste II või III, viimane neist on keemiliselt stabiilsem.
    

Raud looduses

• Raud on looduses laialt levinud element , olles sisalduselt maakoores neljandal kohal. Raua massisisaldus maakoores on 6% (neljas element hapniku, räni ja alumiiniumi järel). Ehedal kujul eksisteerib rauda looduses vaid raudmeteoriitide koostises, mis koosnevad kõrge niklisisaldusega (5-30%) rauast. Rauda toodetakse rauamaakide (hematiit – Fe2O3 , magnetiit – Fe3O4 ) metallurgilise taandamisega. Suured rauamaagivarud (25 miljardit tonni 32-37% rauasisaldusega maak , enam kui 30 miljardit tonni 52-66% rauasisaldusega maaki ) asuvad Venemaal Kurski magnetilise anomaalia piirkonnas, kus asub ka maailma suurim lahtine kaevandus mittepõlevate maavarade tootmiseks – Lebedinski karjäär . Maailma suurimaks rauamaagi leiukohaks peetakse aga seni veel vähe kasutusel võetud El Mutúni maardlat Boliivia-Brasiilia piiril, mille varusid on hinnatud 800 miljardile tonnile maagile, mis sisaldab 230 miljardit tonni puhast rauda. Raud on ka kosmoses levinud element. Meie Päikesesüsteemi planeetidest on rauarikkamadMerkuur ja Marss.
  
• Lihtainena esineb rauda maailmaruumist Maale langenud meteoriitides, kuid ka mõningates magmakivimeis. Maa tuum koosneb metallilisest rauast. Meteoriitset rauda hakkas inimkond arvatavasti ka esimalt kasutama. Peamine kogus rauda sisaldub maakoores ühenditena.
  
• Rauaühendeid, mida kasutatakse malmi ja terase tootmisel , nimetatakse rauamaakideks. Maagi kaevandamisel saadakse koos rauaühenditega ka kivimeid ja mineraale , mis rauamaagi töötlemisel pole enamasti vajalikud. Selliseid jääkaineid nimetakse aheraineteks.
  
• Tähtsamad rauamaagid on järgmised  :
  
  • Punane ja pruun rauamaak sisaldavad põhiühendina raud(III)-oksiidi (Fe2O3), mis on hüdratiseeritud vee molekulidega (2Fe2O3, 3H2O jt ).
    
  • Magnetiidi põhiosa moodustav triraudtetraoksiid on musta värvusega kristalne magnetiline aine. Magnetiit on kõige rauarikkam ja puhtam rauamaak. Suurim leiukoht maailmas on Kurski oblast.
    
  • Püriiti (FeS2) tavaliselt rauamaagina ei kasutata , sest väävel halvendab püriidist saadud rauasulamite kvaliteeti. Püriiti kasutatakse väävelhappe tootmisel.
    
  • Sideriit kujutab endast raudkarbonaati (Fe CO3). Raudkarbonaat reageerib süsinikdioksiidi sisalava veega, muutudes lahustuvaks raudvesinikkarbonaadiks : FeCO3+H2O+CO2=Fe( HCO3 )2
    

Raua füüsikalised ja keemilised omadused

• Raud on hõbevalge keskmise kõvadusega metall . Lisandid muudavad raua kõvemaks. Raua tihedus on 7874 kg/m3 ja sulamistemperatuur 1539 kraadi.
  
• Raud on plastiline , mistõttu teda on võimalik valtsida ning sepistada. Ta on hea soojus - ja elektrijuht.
  
• Raud on magnetiseeritav. Raua kristallvõre muutub erinevatel temperatuuridel .
  
• Raud on keskmise aktiivsusega metall(asub metallide pingerea keskel). Kuivas õhus ta hapnikuga ei reageeri, kuid niiskuses kattub kergesti roostekihiga. Mida lisanditevabam on metall, seda püsivam on ta korrosiooni suhtes.
  

Rauasoolad

• Raud(II)sooladest on kõige tähtsam raud(II) sulfaat -vesi (1/7) ( FeSO4*7H2O), mida rahvapäraselt nimetatakse raudvitrioliks. See on heleroheline vees lahustuv kristalne aine. Raud(II)sulfaat saadakse raua reageerimisel lahjendatud väävelhappega : Fe+H2SO4=FeSO4+H2
  

Raud(II)sulfaati evitatakse taimekahjurite tõrjevahendina, värvainetena ja tindi saamisel, puiduimmutuslahuste valmistamiseks, et kaitsta puitu mädanemise eest. Raud(III)sooladest nimetame raud(III)kloriidi (FeCl3) ja raud(III)sulfaati ( Fe2(SO4)3 ). Raud(III)kloriidi võib saada vastavate lihtainete otsesel reageerimisel ja raud(III)oksiidi või –hüdroksiidi reageerimisel vesinikkloriidhappega : Fe2O3+6HCl= 2FeCL3+3H2O Fe(OH)3+3HCl=FeCl3+3H2O Kasutades vesinikkloriidhappe asemel väävelhapet, saadakse raud(III)sulfaat : 2Fe(OH)3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+ 6H2O Raud(III)kloriidi ja –sulfaati kasutatakse reaktiividena keemialaborites.

VIII rühma kõrvalalarühma metallid

• Erinevalt teistest perioodilisussüsteemi rühmadest ei ole VIII rühma kõrvalalarühmas elemendid mitte ükshaaval, vaid kolmekaupa, triaadides. Alarühm koosneb kolmest triaadist. *Rauatraadi kuuluvad raud , koobalt ja nikkel . Kaks järgmist triaadi sisaldavad plaatinametalle : 1) kergete plaatinametallide triaad – ruteerium, roodium ja pallaadium , 2)raskete plaatinametallide triaad- osmium , iriidium ja plaatina .
  

Rauasulamid

• Rauasulami omadusi mõjutab oluliselt süsinikusisaldus. Rauasulamit, milles on alla 2% süsinikku , nimetatakse teraseks, kui raua sisaldus on 2-5%, siis on tegemist malmiga. Kõrvuti süsinikuga sisaldub terases ja malmis veel lisandina väävlit , räni, fosforit , mangaani jt elemente.
  
• Eriterased ehk legeeritud terased sisaldavad lisandina mangaani, kroomi , niklit , molübdeeni, volframit jt metalle . Kroomilisand (kuni 13%) muudab terase korrosioonikindlaks ja suurendab kõvadust, Mo ja W suurendavad terase kuumakindlust, Mn( kuni 14%) tõstab terase kulumiskindlust, Ni suurendab terase sitkust ja vähendab soojuspaisumist, sellepärast valmistatakse sellest sulamist mõõteriistade osi, Cr ja Ni koos suurendavad terase kõvadust ja püsivust keemilistele mõjutustele.
  
• Rauamaaki töödeldakse malmiks kõrgahjudes , erilistes konverterites vähendatakse malmist süsiniku ja teiste lisandite sisaldust ning saadakse teras.
  
• Eristatakse valu- ja töötlusmalmi. Valumalmis sisaldub süsinik grafiidina. Et selle malmi murdepind on hall, nimetatakse teda sageli halliks malmiks. Valumalm on hästi valatav ,temast valatakse näiteks hoorattaid , seadmete aluseid , pliidiraudu. Töötlusmalm sisaldab süsinikku raudkarbiidi Fe3C kujul. Niisuguse malmi murdepind on hele ja teda nimetatakse tihti valgeks malmiks. Töötlusmalm ei sobi valamiseks ning teda töödeldakse teraseks.
  

Raua saamine soomaagist

Eestis algas rauatootmine umbes 2000 aastat tagasi ja kestis arvatavasti kuni 18. sajandini. Raud oli ainus metall, mida Eestis sai toota kohalikust toorainest , soomaagist. See on tekkinud soistel aladel rauarikkast põhjaveest. Sooraud ehk soomaak esineb kõvade tükkide või muldja massina, värvus varieerub kollakaspruunist pruuni ja mustani, pind võib olla klaasiläikeline või matt. 1977. a Tallinna teletorni ehituse ajal avastatud sooraua leiukohas asub maak huumushorisondi all kohati kuni 0,7 m paksuse kihina, sisaldades kuni 40% rauda. Eestis on praegu teada umbes 40 endisaegset rauasulatuskohta. Enamasti paiknevad need soiste alade vahelistel kõrgematel liivastel oosidel või künnistel. Eesti suurim muistne rauasulatuskeskus asus Põhja-Saaremaal Tuiu küla lähistel, mida tuntakse Tuiu Rauasaatmemägedena. 1988. aastal tehti seal esimene katse esivanemate eeskujul soomaagist rauda sulatada, tulemuseks oli 680 g rauda, 1990 saadi seda juba rohkem kui kaks kilogrammi.
Et maagist rauda sulatada, oli vaja saavutada kõrge temperatuur ja lisada oksiide taandav komponent . Kõige paremini sobis selleks puusüsi, mida saadi puidu (männi või kase ) põletamisel hapnikuvaeguses miiliaukudes või -kuhjades. Rauasulatamine toimus liiva ja kivipuruga segatud savist seintega ahjudes, mida on leitud kahte tüüpi: maapealsed ja pooleldi maasse süvendatud. Soomaak ja süsi laoti vaheldumisi koldesse koos mõningase koguse lubjakiviga (räbu  tekitaja ) ning kaeti saviga. Põletamine kestis ummuksis kolm ööpäeva. Ahju tuli pidevalt lõõtsade abil anda õhku. Esiisade kolletes saadi puusöega temperatuur ligi tuhat kraadi, mis andis nn. käsnaraua. Soomaagist redutseeritud raud vajus põletuskolde põhja. Et seda kätte saada, tuli kolle lammutada. Hiljem kuumutati ja taoti käsnaraud tihedamaks. Eelkõige oli rauda vaja talu majapidamises vajalike tööriistade sepistamiseks.
Tänapäeval redutseeritakse rauamaak kõrgahjus, milles kõrge temperatuuri (1800–2000º C) annab koks ja rauamaagist saadakse  malm . Esimene metallurgiatehas Venemaal lasti käiku Uuralis 1701. aastal. Kas samal ajal Räpinas tegutsenud rauatöökoda (Eisenhütte) oli suuteline juba rohkemaks kui kolded meie külades, pole teada.
Keemikutarkust
Rauasulatusahju kaks põhilist protsessi:
2C + O2 → 2CO; ... Fe2O3+ 3CO →Rauamaagi taandamine→ 2Fe + 3CO2
CaCO3 → CaO + CO2; ... CaO + SiO2 →Räbu teke→ CaSiO3
Rauaaeg
Rauaaeg on  esiaja  hilisem põhijärk, millal tähtsaim tööriista- ja relvamaterjal oli raud.

• Rauaaeg algas Lähis-Idas, Indias ja Kreekas Kristuse- eelse 2. aastatuhande teisel poolel.
  
• Suuremas osas  Euraasias  ja kohati Aafrikas algas rauaaeg Kristuse-eelse 1. aastatuhande esimesel poolel.
  
• Euraasia  põhja- ja kagupoolsel äärealal ning suuremas osas Aafrikas Kristuse-eelse I aastatuhande algas rauaaeg I poolel.
  
• Ameerikas, Austraalias ja  Okeaanias  õpiti rauda tundma alles eurooplaste kaudu.
  

Raua laialdase kasutamisega kaasnes maaviljeluse,  loomapidamise , käsitöö, ehituse, liiklusvahendite ja relvastuse edenemine.
Rohkenes kaubavahetus, hakati kasutama münte.
Järk-järgult lagunes ürgkogukondlik kord ja kujunes klassiühiskond.
Tekkisid riigid ja hakati tegema kirjalikke ülestähendusi.
Siis lõppes  esiaeg  ehk muinasaeg ning koos sellega rauaaeg kui esiaja järk.
http://www.physic.ut.ee/materjalimaailm/Kirjed/Raud.ht m
http://et.wikipedia.org/wiki/Raud
http://et.wikipedia.org/wiki/Rauaaeg