Šiame straipsnyje rašoma apie metalą geležį. Apie įrankį, vadinamą lygintuvu, žr. lyginimas.

Geležis yra cheminis elementas ir metalas. Tai antras pagal paplitimą Žemėje ir plačiausiai naudojamas metalas. Ji sudaro didžiąją Žemės branduolio dalį ir yra ketvirtas pagal paplitimą elementas Žemės plutoje.

Fizinės ir cheminės savybės

Geležis (cheminis simbolis Fe, atominis skaičius 26) yra kietas, pilkai sidabrinis metalas. Svarbiausios savybės:

  • Tankis: apie 7,87 g/cm³ kambario temperatūroje.
  • Lydymosi ir virimo temperatūra: lydymosi temperatūra ~1538 °C, virimo ~2862 °C.
  • Allotropinės formos: egzistuoja kelios kristalinės modifikacijos (pvz., alfa‑geležis — feritinis, beta/gamma — austenitinis), kurių savybės keičiasi su temperatūra.
  • Magnetizmas: geležis yra feromagnetinė iki Kjerio (Curie) temperatūros ~770 °C. Žaliavinė geležis yra magnetinė, o jos junginys magnetitas yra nuolat magnetiškas.
  • Cheminis aktyvumas: reaguoja su deguonimi ir drėgme, todėl korozija (rūdijimas) yra dažna problema. Geležis lengvai sudaro junginius su deguonimi (Fe2O3, Fe3O4), sieros ir kitų elementų junginius, taip pat ištirpusias Fe2+ ir Fe3+ formas vandeniniuose tirpaluose.
  • Izotopai: pagrindiniai stabilūs izotopai — 54Fe, 56Fe, 57Fe, 58Fe; randami ir radioaktyvūs izotopai (pvz., 60Fe) naudojami moksliniuose tyrimuose.

Kilmė ir išgavimas

Geležies rūdos aptinkamos įvairiais pavidalais: magnetitas (Fe3O4), hematitas (Fe2O3), limonitas ir kt. Tradiciškai geležis išgaunama redukcijos procesu krosnyse (blast furnaces), kur rūda, koksas (ar kitas angliavandenilinis reduktorius) ir kalkakmenis kaitinami, kad būtų gauta žaliavinė geležis (pig iron). Tolimesniais procesais žaliava paverčiama plienu arba liejiniu.

Gamyba ir lydiniai

  • Gamybos būdai: tradicinė geležies gamyba — krosnies metodas su kokso redukcija; modernios gamyklos naudoja plieno gamybai Deguonies (Basic Oxygen) ar elektrinės lanko (Electric Arc) krosnis.
  • Lydiniai: geležis dažnai naudojama lydiniuose. Pagrindiniai produktai — plienas (geležies ir anglies lydinys) ir ketaus (cast iron). Priklausomai nuo anglies kiekio ir priedų (Cr, Ni, Mo, Mn ir kt.), gaunamos skirtingos savybės: nerūdijantis plienas (su chromu ir nikelu) atsparus korozijai, įrankinis plienas — didelio kietumo.

Panaudojimas

Geležis ir jos lydiniai naudojami labai plačiai dėl santykinai mažos kainos ir didelio stiprumo:

  • Statyboje: gelžbetonio armatūra, konstrukciniai profiliai, tiltai.
  • Transportas: automobilių kėbulai, bėgiai, laivai ir vagonai.
  • Įranga ir pramonė: varikliai, tekinimo ir frezavimo staklės, vamzdynai.
  • Kasdienis naudojimas: įrankiai, namų buities prietaisai, konteineriai.
  • Elektronikoje ir magnetuose: dėl feromagnetinių savybių geležis svarbi transformatoriams ir elektromagnetams.
  • Energetika: turbinos, reaktorių konstrukcijos, vėjo jėgainių dalys.

Korozija ir apsauga

Geležies trūkumas — polinkis rūdyti (Fe → Fe2O3·nH2O). Korozija mažina metalo stiprumą ir tarnavimo laiką. Paprastai naudojamos apsaugos priemonės:

  • lygūs arba dengiami paviršiai (dažai, lakai);
  • galvanizacija (cinko danga);
  • nerūdijančio plieno panaudojimas (Cr ir dažnai Ni priedai);
  • katodinė apsauga vamzdynams ir povandeninėms konstrukcijoms.

Aplinkosauga ir perdirbimas

Geležies ir plieno gamyba yra energijai ir ištekliams imlus procesas, generuojantis CO2. Todėl svarbios technologijos, mažinančios išmetimus (pavyzdžiui, vandenilio panaudojimas redukcijai). Geležis yra labai perdirbama — perdirbant sunaudojama žymiai mažiau energijos nei gaminant iš grynų rūdų, todėl perdirbimas yra tiek ekonomiškai, tiek ekologiškai svarbus.

Istorija ir kultūrinė reikšmė

Geležies naudojimas kai kuriose pasaulio vietose prasidėjo apie 1200 m. pr. m. e., tai ženklino perėjimą iš bronzos amžiaus į geležies amžių. Prieš šį laikotarpį meteorinis geležies (gautas iš meteoritų) metalas buvo naudojamas smulkiai šaltkalviškai ir papuošalams. Geležis turėjo didelę įtaką technologiniam vystymuisi ir kariniams pajėgumams įvairiose civilizacijose.

Biologinė reikšmė ir sauga

Geležis yra esminis mikroelementas gyvuose organizmuose: jis yra hemoglobino sudėtyje (deguonies pernešimui kraujyje) ir dalyvauja daugelyje fermentinių reakcijų. Tačiau geležies perteklius organizme gali sukelti toksinių būklių (pvz., hemochromatozė). Darbdaviams ir vartotojams svarbu užtikrinti saugų darbą su geležies milteliais, dulkėmis ir lydiniais (apsauga nuo dulkių, tvarkymas karštų metalų, tinkama ventiliacija).

Trumpa santrauka

Geležis — vienas svarbiausių žmonijos technologinių išteklių: plačiai paplitęs, daugiafunkcinis ir ekonomiškas metalas. Nors turi trūkumų (korozija, pramonės poveikis aplinkai), pažanga medžiagų moksle ir perdirbimo technologijose leidžia efektyviai naudoti geležį ir mažinti neigiamas pasekmes.