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.