Железо: строение атома, распространение в природе. Физические и химические
свойства железа. Применение железа
Феррум -
металлический элемент побочной подгруппы VIII группы 4 периода периодической системы
химических элементов. Он является представителем d-элементов. На внешнем
энергетическом уровне атома Железа находится два s-электроны, а на передзовнішньому
энергетическом уровне происходит заполнение d-подуровня. В своих соединениях
Ферум способен проявлять степени окисления +2 и +3.
Массовая доля Железа в земной коре составляет 5 %. Он занимает
четвертое место по распространенности в природе. Важнейшими железными рудами
являются: магнетит Fe3O4, гематит Fe2О3, лімоніт - Fe2O3
· nH2O, сидерит FеСО3, пирит FеS2.
Ферум есть
биологически важным элементом. Он содержится в организмах всех животных и в
растениях. Железо входит
в состав цитоплазмы растений, участвует в процессе фотосинтеза. В организме взрослого человека
содержится около 4 г Железа. Он накапливается в основном в печени,
костном мозге, селезенке. Но основная часть Железа входит в состав
гемоглобина - красного пигмента крови, который выполняет функцию переноса кислорода от
легких к тканям, а в обратном направлении - углекислого газа. Недостаток Железа приводит к опасной
болезни - малокровие. Поэтому обязательно
надо употреблять пищевые продукты, богатые на Железо: петрушку, печень, телятину,
гречку, курагу и т.д.
Чистое железо - серебристо-белый блестящий металл с
температурой плавления 1535 ° с и плотностью 7,87 г/см3. От других
металлов железо отличается магнитными свойствами. Железо является очень пластичным
металлом и легко поддается обработке.
Железо принадлежит
к металлам средней активности. Химически чистое железо устойчиво к коррозии. Однако
незначительные доли примесей лишают его этого свойства.
Железо сгорает в
кислороде. Продукт этой реакции - железная ожарина:
3Fe + 2O2
= Fe3O4.
Железо реагирует с
другими неметаллами -
галогенами, серой, углеродом. При взаимодействии с сильными окислителями, например,
хлором образуются соединения Железа со степенью окисления +3:
2Fe + 3Сl2
= 2FeCl3,
а при взаимодействии с менее активными
окислителями образуются соединения со степенью окисления Железа +2:
Fe + S = FeS.
При высокой
температуре железо реагирует с водяным паром. В результате реакции образуются
железная ожарина и водород:
3Fe + 4H2O
Fe3O4
+ 4H2↑.
Железо реагирует с
растворами кислот с образованием солей и выделением газуватого водорода:
Fe + H2SO4
= FeSO4 +H2↑.
Под действием
концентрированных серной и азотной кислот на поверхности железа образуется
плотная оксидная пленка; поэтому эти концентрированные кислоты можно хранить и
транспортировать в стальных цистернах.
Железо замещает
менее активные металлы при взаимодействии с растворами их солей:
Fe + CuSO4
= FeSO4 +Cu.
На влажном
воздухе железо подвергается коррозии. Ее продуктом является ржавчина. Вследствие своей пористости
ржавчина не препятствует доступу кислорода и влаги к металлу, что приводит к
дальнейшего разрушения металла.
Железо - важнейший металл современной
техники. В чистом виде железо почти не используется, но примерно 90 %
металлов, используемых человечеством - это сплавы на основе железа. Железа
выплавляется в мире очень много, примерно в 50 раз больше, чем алюминия,
не говоря уже про другие металлы. На основе железа создают сплавы, которые способны
выдерживать воздействие высоких и низких температур, вакуума и высоких давлений,
агрессивных сред и др. Сплавы железа широко применяют как конструкционные
и художественные материалы.