ЧАСТЬ И

ОБЩАЯ ХИМИЯ

НЕКОТОРЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ МЕТАЛЛОВ

Ферум

Свойства химического элемента

Ферум принадлежит к металлических элементов. По строению электронной оболочки его относят к d-элементов, потому что в нем происходит заполнение электронами d-подуровня.

В основном Железо проявляет степень окисления +2 (за счет двух электронов внешнего уровня) или +3 (отдавая еще один электрон с передзовнішнього уровня). Степень окисления +3 для Железа более стабилен, поскольку передзовнішній d-подуровень в этом случае становится наполовину заполненным, что является более выгодным. Феррум является достаточно активным элементом. В химических реакциях он проявляет в основном металлические свойства.

В исключительных случаях Железо может отдавать шесть электронов и выявляет степень окисления +6. Однако такие соединения, в которых содержится Fе⁺⁶, встречаются довольно редко.

Ферум является одним из самых распространенных элементов-металлов на Земле. В земной коре 5% массы приходится на атомы Железа. Только Алюминия в литосфере содержится больше (8,13%).

В природе Железо встречается в виде соединений. Самые распространенные соединения Железа - оксиды; ферум(ІІ) оксид FеО, ферум(ІІІ) оксид Fэ₂O₃, а также смешанный оксид Fе₃O₄, который еще называют железной окалиной. Соединения трехвалентного Железа имеют цвет - от желтого до бурого, в зависимости от состава. Именно они придают желтоватого цвета песка и бурого окраса многим почвам.

Ферум входит в состав большого количества различных минералов в виде оксидов, сульфидов и соединений с другими элементами. Обычно эти вещества рассеяны в земной коре, но встречаются и скопления минералов. Эти скопления являются источником железной руды, из которой потом добывают железо.

Соединения Железа растворенные в водах некоторых минеральных источников. Наличие в воде соединений двухвалентного Железа придает ей привкус металла. Иногда в водопроводной воде, которая течет по старым ржавым трубам, растворенные соединения трехвалентного Железа, что придает воде цвета ржавчины.

Атомы Железа также является составной частью многих живых организмов: в организме взрослого человека содержится около 4-5 г атомов Железа. Он входит в состав некоторых витаминов, белков, в частности гемоглобина - вещества, благодаря которому кровь может переносить кислород по организма и выводить углекислый газ.

В виде простого вещества железо входит в состав некоторых метеоритов. Иногда встречаются слитки самородного железа, хотя большинство ученых считают, что они тоже имеют метеоритное происхождение.

Физические свойства железа

Железо является веществом с немолекулярною строением. В обычных условиях железо представляет собой металл серого цвета с металлическим блеском, хорошо проводят электрический ток и теплоту. Железо является достаточно пластичным металлом и хорошо поддается ковке. Температура плавления железа +1540 °С, плотность 7,87 г/см³. Как и много других металлов, железо не растворяется в воде и в других растворителях, но растворяется в ртути.

Железо притягивается магнитом, то есть является парамагнетиком. Для железа также характерно явление феромагнетизму - оно сохраняет намагниченность после устранения внешнего магнитного поля. Благодаря этому из железа можно изготавливать магниты, а также материалы для записи информации.

Химические свойства железа

Железо достаточно активно вступает в химические взаимодействия. Поскольку железо имеет явные металлические свойства, то оно вступает преимущественно в реакции с неметаллами.

Железо активно вступает во взаимодействие с кислородом даже в обычных условиях. При нагревании железа на воздухе его поверхность покрывается железной окалиной:

Если раскаленный железный прут поместить в емкость, заполненную чистым кислородом, то железо вспыхнет, разбрасывая яркие искры.

Железо может активно сгорать даже на воздухе. Однако это возможно только тогда, когда железо измельченные до очень мелкого порошка, его называют пірофорним железом. Если такой порошок попадает в воздух, то он ярко вспыхивает даже при комнатной температуре. Измельчить железо до мелкого порошка обычными методами невозможно. Это делают с помощью химических методов.

Железный проволока также очень активно сгорает, если его поместить в сосуд, наполненный хлором. При этом образуется ферум(III) хлорид:

Железо также активно взаимодействует с серой. В результате этой реакции образуется феррум(II) сульфид:

Железо способно реагировать с водой. При пропускании перегретого пара через раскаленные железные опилки железо превращается в железную окалину и при этом выделяется водород:

В обычных условиях железо активно реагирует и кислотами. При этом образуются соли, в которых Железо входит со степенью окисления +2:

Ферум также способен вытеснять менее активные металлы из растворов солей:

Со степенью окисления +3 он может проявлять амфотерные свойства. Это можно доказать тем, что ферум(ІІІ) гидроксид растворяется в горячем концентрированном лугу:

Амфотерные свойства Железа проявляются значительно слабее, чем у Алюминия, потому что алюминий гидроксид растворяется в щелочах в обычных условиях, а ферум(ІІІ) гидроксид - при нагревании и при условии высокой концентрации щелочи.

Применение железа

Железо является одним из семи старейших металлов - металлов, известных человечеству с давних времен. Вследствие высокой химической активности самородное железо (т.е. в виде простой вещества) на Земле не встречается. Люди научились добывать железо в начале первого тысячелетия до нашей эры. С тех пор начался железный век развития нашей цивилизации. Хотя в археологических раскопках иногда встречаются железные изделия, датированы вторым и третьим тысячелетием до нашей эры, это так называемое космическое железо - обломки железных метеоритов, которые упали на Землю.

Железо есть гораздо более жестким металлом, чем медь, поэтому орудия труда и оружие для охоты было удобнее производить именно с него. Однако для добывания железа необходима более высокая температура огня, чем для добывания меди. И хотя меди в земной коре содержится примерно в 1000 раз меньше, чем железа, ее было проще выплавлять и обрабатывать. Поэтому первым металлом, который начали обрабатывать люди, была медь, а не железо.

Железо в основном используют в виде сплавов: чугуна и стали. Чугун по физическими свойствами существенно отличается от железа: он гораздо тверже и крихкіший. Именно поэтому чугун не поддается ковке, однако из него выходят предметы, которые могут выдерживать большие механические нагрузки. Ранее из него выплавляли пушки и ядра и даже посуда. Сейчас из чугуна делают станины для станков, тиски и другие изделия, для которых больше весит механическая прочность, а не пластичность. Такие изделия очень боятся ударов, от сильного удара чугун разбивается.

Широко распространенная нержавеющая сталь, ее добывают добавлением в сталь никеля и хрома, а для добывания износостойкой стали добавляют марганец (такую сталь используют для изготовления железнодорожных рельсов).