Raud (3)

RAUD

• Rauatoodang moodustab 90% kõigi metallide aastasest toodangust.
  
• Levikult maakoores on raud üldjärjestuses neljas element.
  
• Tuuma koostises on kõige rohkem rauda.
  
• Looduses esineb raud pealmiselt ühenditena, kuid vähesel määral võib teda leida ka ehedana .
  
• Lisandina on rauda kõikjal – liiva koostises, savides, kivimites , looduslikus vees ja mujal.
  
• Tähtsamad rauamaagid sisaldavad rauda oksiididena.
  
• Pruuni ja punase rauamaagi põhikoostisaineks on raud(III) oksiid Fe2O3.
  
• Mustas rauamaagis ehk magnetiidis aga Fe3O4.
  
• Magnetiidi nimetus tuleb tema magnetilistest omadustest.
  
• Varem oodeti Eesti rauda soorauamaagist (sisaldab rauda pealmiselt hüdroksiidina).
  
• Rauda leidub ka vere punalibledes.
  
• Raud kuulub siirdemetallide hulka.
  
• Raud kuulub keskmise aktiivsusega metallide hulka.
  
• Väga puhas raud on vee ning õhuhapniku suhtes küllaltki vastupidav.
  

Raua füüsikalised omadused:

• Hõbehall läikiv metall
  
• Suhteliselt raske (tihedus 7,9 g/cm3)
  
• Kõrge sulamistemperatuuriga (~ 7540º C)
  
• Mehhaaniliselt hästi töödeldav
  
• Suhteliselt kõva
  
• Magnetiliste omadustega
  

Raua oksüdatsiooniaste II tekib, kui raua aatomid loovutavad oma väliskihi elektronid.
Fe – 2e- → Fe2+
Fe2+: +26 | 2)8)14)
Raua oksüdatsiooniaste III tekib, kui aatomid loovutavad ka eelviimaselt kihilt ühe eletroni
Fe – 3e- → Fe3+
Fe3+: +26 | 2)8)13)
Roostetamisel raud oksüdeerub, moodustub põhisaadusena raud(III)oksiid Fe2O3
4Fe + 3O2 → 2Fe2O3
Õhtus kuumutamisel tekib raua pinnale tihe rauatagi kiht, mis kaitseb rauda edasise oksüdeerumise eest üsna hästi. Rauatagi koosneb pealmiselt segaoksiidist Fe3O4. Rauatagi tekib ka hõõgumiseni (üle 600º C) kuumutatud raua reageerimisel veeauruga.
3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2 ↑
Hapete lahustega reageerib raud märgatavalt aeglasemalt kui aluminium . Seejuures tekivad raud(II) soolad ning eraldub vesinik :
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2 ↑
Raud tõrjub vähemaktiivseid metalle nende soolade lahustest välja:
Fe + SnCl2 → FeCl2 + Sn
Kuumutamisel oksüdeerub raud ka teiste aktiivsemate mittemetallide , näiteks kloori või väävli toimel:
2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3
Fe + S → FeS
Kontsentreeritud väävel- ja lämmastikhape tekitavad oma tugevate oksüdeerivate omaduste tõttu raua pinnale õhukese vastupidava oksiidikihi , mis muudab raua (tavatingimustes) passiivseks.
Rauaühendite omadused
Tähtsamad raua oksiidid on Fe2O3 ja Fe3O4.
Raud(III)oksiid värvus varieerub tumekollasest või roostepunasest kuni mustjaspruunini. Keemilise püsivuse ja ilusa värvuse tõttu kastutakse seda värvipigmendina värvainete koostises.
Raud(III)oksiidi on kerge saada raud(III)hüdroksiidi mõõdukal kuumutamisel.
2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O
Segaoksiid Fe3O4 (triraudtetraoksiid) on musta värvusega. Magnetiliste omaduste tõttu kasutatakse seda püsimagnetite, magnetofonlintide jms valmistamisel.
Raud hüdroksiid
Fe(OH)2 on rohekasvalge värvusega. Õhuhapniku mõjul oksüdeerub ta kiiresti punakaspruuniks Fe(OH)3’ks. Neid on võimalik saada vastavate soolade lahustele leeliste lisamisel.
Raua saamine maakidest, rauasulamitest
Raua saamiseks tuleb maagist rauaoksiid redutseerida vabaks metalliks. Enim kasutatakse redutseerijana koksi , mis on peaaegu puhas süsinik. Rauamaagi redutseerumine toimub tavaliselt 30m erilistes ahjudes koos koksi ja teiste vajalike lisanditega. Selle käigus tekib koksist süsinikoksiid CO. Kõrgahjus toimuvate reaktsioonide lõppsaadused on metalliline raud ja süsinikdioksiid CO2.
Fe2o3 + 3CO → 2Fe + 3CO2
Malm ja teras
Malm on raua sulam , mis sisaldab kuni 5% süsinikku.
Malmist valmistatakse kütteradiaatoreid, kanalisatsioonitorusid, pliidiraudu, jne.
Teras sisaldab süsinikku, kuid vähem kui malm (2%). Väiksema süsinikusisaldusega teras on küll mõnevõrra pehmem ning mehhaaniliselt paremini töödeldav. Suurema süsinikusisaldusega teras (üle 0,5%) on kõvem ja hapram. Karastamisel saadakse selle kõvadust veelgi suurendada.
Terasest valmistatakse: kõvematest terasesortidest - instrumente, tööriistu, nuge, puure
pehmematest terasesortidest – teraskonstruktsioone, autokeresid jm tooteid, mis nõuavad suuremat painduvust ning elastsust , kuid mille kõvadus ei ole nii oluline
Karastamiseks nimetatakse kuumutatud terase kiiret jahutamist.
Eriterased koosnevad lisanditest, tavaliselt siirdemetallidest. (tunduim eriteras on roostevaba teras, mis sisaldab kroomi ja niklit ).
Rauasulamite roostetamine
Tavaliste teraste ja malmi suurimaks puuduseks on vähene keemiline vastupidavus. Niiskes õhus ja (eriti soola) vees roostetavad nad kergesti ning pikapeale võivad selle tõttu hävida.
Metallide korrosiiniks nimetatakse metallide hävimist ümbritseva keskkonna toimel.