Часть II. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Раздел 14. МЕТАЛЛЫ ПОБОЧНЫХ ПОДГРУПП

§ 14.6. Железо

Важнейшие руды железа. Железо после алюминия - самый распространенный в природе металл. Общее содержание его в земной коре составляет 5,1 %. Железо входит в состав многих минералов. Важнейшими железными рудами являются: 1) магнитный железняк Fe₃O₄; крупные месторождения этой руды высокого качества есть на Урале - горы Высокая, Благодать, Магнитная; 2) красный железняк Fе₂О₃; крупнейшее месторождение - Криворожское; 3) бурый железняк Ре₂В₃ ∙ Н₂О; крупное месторождение - Керченское. Кроме названных месторождений, большие залежи их обнаружено в районе Курской магнитной аномалии, на Кольском полуострове, в Сибири и на Дальнем Востоке.

В природе в больших количествах часто случается серный колчедан (пирит) FeS₂. Он служит исходным сырьем для добывание серной кислоты.

Физические свойства. Железо - блестящий серебристо-белый металл, его плотность 7,87 г/см , т. пл. 1 539°С. Имеет высокую пластичность. Железо легко намагничивается и размагничивается, а потому применяется в качестве сердечника динамомашин и электродвигателей.

Железо состоит из четырех стабильных изотопов с массовыми числами 54, 56 (основной), 57 и 58. Применяются радиоактивные изотопы ⁵⁵₂₆Fe и ⁵⁹₂₆Fe.

Химические свойства. Расположение электронов на энергетических уровнях атомов железа можно представить схемой: 2.8. (8 + 6).2. На последнем уровне - 2 электрона, на предпоследнем - 14, в том числе 6 надоктетних.

Ферум, отдавая два внешних электрона, проявляет степень окисления +2; отдавая три электроны (два внешних и один надоктетний с предпоследнего энергетического уровня), проявляет степень окисления +3:

Fe - 2е^- = Fe²⁺; Fe - Зе^- = Fe³⁺.

Электронные структуры 3d - и 4s-орбиталей атома железа и ионов Fe²⁺ и Fe³⁺ можно изобразить так:

Другие степени окисления для железа не характерны.

В разбавленных хлоридной и серной кислотах железо растворяется, то есть окисляется ионами водорода:

Fe + 2Н⁺ = Fe²⁺ + Н₂ ↑.

Растворяется железо и в разведенной нитратной кислоте, образуя соль железа(III), вода и продукт восстановления азотной кислоты - NH₃ или N₂O и N₂ (см. § 10.8).

При высокой температуре (700-900°С) железо реагирует с парами воды:

3Fe + 4Н₂O = Fe₃O₄ + 4Н₂.

Раскаленный железный прут ярко горит в кислороде, образуя окалину - оксид железа(II, III):

3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄.

При слабом нагревании железо взаимодействует с хлором и серой, а при высокой температуре - с углем, кремнием и фосфором. Карбид железа Fe₃C называется цементитом. Это твердое вещество серого цвета, очень хрупкая и тугоплавкая.

С металлами и неметаллами железо образует сплавы (см. § 12.4), которые имеют исключительно большое значение в народном хозяйстве.