https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%96%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%B7%D0%BE
| Железо / Ferrum (Fe) | |
|---|---|
| Атомный номер | 26 |
| Внешний вид | ковкий, вязкий металл серебристо-белого цвета |
| Свойства атома | |
| Атомная масса (молярная масса) |
55,847 а. е. м. (г/моль) |
| Радиус атома | 126 пм |
| Энергия ионизации (первый электрон) |
759,1(7.87) кДж/моль (эВ) |
| Электронная конфигурация | [Ar] 3d6 4s2 |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 117 пм |
| Радиус иона | (+3e) 64 (+2e)74 пм |
| Электроотрицательность (по Полингу) |
1.83 |
| Электродный потенциал | Fe←Fe3+ -0,04 В Fe←Fe2+ -0,44 В |
| Степени окисления | 6, 3, 2, 0, -2 |
| Термодинамические свойства | |
| Плотность | 7,874 г/см³ |
| Удельная теплоёмкость | 25,1 Дж/(K·моль) |
| Теплопроводность | 80,4 Вт/(м·K) |
| Температура плавления | 1 808 K |
| Теплота плавления | 13,8 кДж/моль |
| Температура кипения | 3 023 K |
| Теплота испарения | ~340 кДж/моль |
| Молярный объём | 7,1 см³/моль |
| Кристаллическая решётка | |
| Структура решётки | кубическая объёмноцентрированая |
| Период решётки | 2,870 Å |
| Отношение c/a | n/a |
| Температура Дебая | 460,00 K |
Желе́зо — химический элемент с атомным номером 26 в периодической системе, обозначается символом Fe (лат. Ferrum), серебристо-белого цвета. В чистом виде пластичный переходный металл, с давних пор широко применяемый человеком. Небольшие примеси или добавки резко увеличивают твёрдость железа, так следы углерода превращают его в сталь.
История[]
Железо известно с древнейших времён.
Древнейшие изделия из железа найденные при археологических раскопках датируются примерно IV тыс. до н. э. и относятся к древнешумерской и древнеегипетской цивилизациям. Изделия из железа того времени это наконечники для стрел и украшения. В них использовалось метеоритное железо, точнее, сплав железа и никеля, из которого состоят метеориты. Реминисценции о небесном происхождении железа остались во многих языках.
Между вторым и третьим тысячелетиями до н. э. в Месопотамии, Анатолии и Египте появляются первые предметы изготовленные из переплавленного железа (определяется по отсутствию никеля в составе). Тем не менее, железо использовалось в основном в культовых предметах. Вероятно, железо в те времена было очень дорогим — более дорогим, чем золото.
Во времена «Илиады» оружие было в основном бронзовым, тем не менее Гомер (в 23-й песне «Илиады») рассказывает, что Ахилл наградил диском из железной крицы победителя в соревновании по метанию диска. Между 1600 и 1200 годами до н. э. производство железа развивалось на Ближнем Востоке, однако по распространённости железо всё ещё значительно уступало бронзе.
В период между XII и X веками до н. э. на Ближнем Востоке произошёл резкий скачок в производстве инструментов и оружия — переход от использования бронзы к использованию железа. Вероятно, столь быстрый переход был вызван не столько прогрессом в производстве железа, сколько перебоями в доставке олова — одного из компонентов бронзы. Период времени после начала массовой обработки железа принято называть Железным веком.
Основным методом получения железа в древние времена был сыродутный процесс, в котором перемежающиеся слои железной руды и древесного угля прокаливались в специальных горнах. После прокаливания руды получалось тестообразное кричное или губчатое железо, от шлака его освобождали ковкой. Первые горны имели сравнительно низкую температуру — заметно меньшую температуры плавления чугуна, в результате чего железо получалось сравнительно малоуглеродистым. Поэтому иногда приходилось еще раз прокаливать изделия из железа в присутствии угля, при этом поверхностный слой металла дополнительно насыщался углеродом и упрочнялся. Изделия, полученные таким способом, были заметно более надёжны, чем бронзовые.
В дальнейшем строились всё более эффективные горны (по-русски: домна, домница) для производства железа, вскоре температура в них стала достаточной для образования чугуна. Первоначально его считали вредным побочным продуктом (англ. pig iron, по-русски свинское железо, чушки, откуда, собственно, и происходит слово чугун). Потом обнаружилось, что при повторном прожигании в горне в условиях сильного дутья чугун превращается в железо хорошего качества. При этом двухстадийный процесс производства железа оказался более выгодным. Этот способ просуществовал без особых изменений многие века.
Первые сведения об использовании метеоритного железа в Китае относятся примерно к тому же времени, что и в Европе. Железоделательное производство, вероятно, начало развиваться там с VIII века до н. э. Производство чугуна там началось в I веке до н. э.
Есть мнение, что способы производства стали и чугуна были занесены в Европу монголами через Россию.
Подробнее смотрите: История железа.
Происхождение названия[]
Имеется несколько версий происхождения славянского слова «железо» (бел. жалеза,болг. желязо, укр. залізо, польск. Żelazo, словенск. Železo). Одна из версий связывает это слово с санскритским «жальжа», что означает «металл, руда». Другая версия усматривает в слове славянский корень «лез», тот же, что и в слове «лезвие» (т. к. железо в основном употреблялось на изготовление оружия), третье связывает с греческим словом χαλχοσ, что означало железо и медь.
Праславянское *žel-zo, скорее всего, родственно старо-славянскому «желы» — «черепаха», и греческому χέλυς — «черепаха». Как и русские слова — «желва́к», «голова́», польское «gɫaz» — «камень» с общим исходным значением «камень». (Трубачёв)
Европейские iron (англ.), Eisen (нем.) происходят от санскритского «исира» — крепкий, сильный. Латинское ferrum происходит от fars — быть твёрдым.
Название природного карбоната железа (сидерита) происходит от лат. sidereus — звёздный; действительно, первое железо, попавшее в руки людям, было метеоритного происхождения. Возможно, это совпадение не случайно. В частности древнегреческое слово сидерос для железа и латинское sidus, означающее «звезда», вероятно, имеют общее происхождение. Есть мнение, что английское и немецкое название железа (iron и Eisen) соответственно происходят от этрусского «айзари» — боги, небо.
Геохимия железа[]
Гидротермальный источник с железистой водой. Окислы железа окрашивают воду в бурый цвет.
Изотоп железа-56 считается наиболее стабильным ядром: все следующие элементы могут уменьшить энергию связи на нуклон путём распада, а все предыдущие элементы, в принципе, могли бы уменьшить энергию связи на нуклон за счёт синтеза. Железом оканчивается ряд синтеза элементов в ядрах нормальных звёзд, все последующие элементы образуются только в результате взрывов сверхновых.
Железо — один из самых распространённых элементов в Солнечной системе, особенно на планетах земной группы, в частности, на Земле. Значительная часть железа планет земной группы находится в ядрах планет, где его содержание, по оценкам, около 90 %. Содержание железа в земной коре составляет 5 %, а в мантии около 12 %. Из металлов железо уступает по распространённости в коре только алюминию. При этом в ядре находится около 86 % всего железа, а в мантии 14 %.
Геохимические свойства[]
Важнейшая геохимическая особенность железа — наличие у него нескольких степеней окисления. Железо в нейтральной форме — металлическое — слагает ядро земли, возможно, присутствует в мантии и очень редко встречается в земной коре. Закисное железо FeO — основная форма нахождения железа в мантии и земной коре. Окисное железо Fe2O3 характерно для самых верхних, наиболее окисленных, частей земной коры, в частности, осадочных пород.
По кристаллохимическим свойствам ион Fe2+ близок к ионам Mg2+ и Са2+ — другим главными элементам, составляющим значительную часть всех земных пород. В силу кристаллохимического сходства железо замещает магний и, частично, Ca во многих силикатах. При этом содержание железа в минералах переменного состава обычно увеличивается с уменьшением температуры.
Минералы железа[]
В мантии и земной коре железо сосредоточено главным образом в силикатах. При этом его содержание значительно в основных и ультраосновных породах, и мало в кислых и средних породах.
В качестве руд железа в основном используются окислы и гидроокислы: магнетит, гематит и гётит . Кроме того, промышленное значение имеет карбонат железа — сидерит и сульфиды — пирит и пиротин.
Получение[]
В промышленности железо получают из железной руды, в основном из гематита (Fe2O3) и магнетита (Fe3O4).
Существуют различные способы извлечения железа из руд. Наиболее распространённым является доменный процесс.
Первый этап производства — восстановление железа углеродом в доменной печи при температуре 2000 °C. В доменной печи углерод в виде кокса, железная руда в виде агломерата или окатышей и флюс (например, известняк) подаются сверху, а снизу их встречает поток нагнетаемого горячего воздуха.
В печи углерод кокса окисляется до монооксида углерода (угарного газа) кислородом воздуха:
В свою очередь, угарный газ восстанавливает железо из руды:
Флюс добавляется для извлечения нежелательных примесей из руды, в первую очередь силикатов, таких, как кварц (диоксид кремния). Типичный флюс содержит известняк (карбонат кальция) и доломит (карбонат магния). Против других примесей используют другие флюсы.
Действие флюса: карбонат кальция под действием тепла разлагается до оксида кальция (негашёная известь)
Оксид кальция соединяется с диоксидом кремния, образуя шлак.
Шлак, в отличие от диоксида кремния, плавится в печи. Более лёгкий, чем железо, шлак плавает на поверхности и его можно сливать отдельно от металла. Шлак затем употребляется в строительстве и сельском хозяйстве. Расплав железа, полученный в доменной печи, содержит довольно много углерода (чугун). Кроме случаев, когда чугун используется непосредственно, он требует дальнейшей переработки.
Излишний углерод и другие примеси (сера, фосфор) удаляют из чугуна окислением в мартеновских печах или в конвертерах. Электрические печи используют и для выплавки легированных сталей.
Кроме доменного процесса, распространён процесс прямого получения железа. В этом случае предварительно измельчённую руду смешивают с особой глиной, формируя окатыши. Окатыши обжигают, и обрабатывают в шахтной печи горячими продуктами конверсии метана, содержащими водород. Водород легко восстанавливает железо, при этом не происходит загрязнения железа такими примесями, как сера и фосфор - обычными примесями в каменном угле. Железо получается в твёрдом виде, и в дальнейшем переплавляется в электрических печах.
Химически чистое железо получается электролизом растворов его солей.
Физические свойства[]
Внешний вид железа
Железо — типичный металл, в свободном состоянии — серебристо-белого цвета с сероватым оттенком. Чистый металл пластичен, различные примеси (в частности — углерод) повышают его твёрдость и хрупкость. Обладает ярко выраженными магнитными свойствами. Часто выделяют так называемую «триаду железа» — группу трёх металлов (железо Fe, кобальт Co, никель Ni), обладающих схожими физическими свойствами, атомными радиусами и значениями электроотрицательности.
Для железа характерен полиморфизм, он имеет четыре кристаллические модификации:
- до 917 °С существует α-Fe (феррит) с объёмоцентрированной кубической решёткой
- в температурном интервале 769 — 917 °C существует β-Fe, который отличается от α-Fe только параметрами кристаллической решётки и магнитными свойствами
- в температурном интервале 917 — 1394 °С существует γ-Fe (аустенит) с гранецентрированной кубической решёткой
- выше 1394 °С устойчив δ-Fe с объёмоцентрированной кубической решёткой
Железо тугоплавко, относится к металлам средней активности.
Химические свойства[]
Основные степени окисления железа — 2 и 3.
Применение[]
Железная руда
Железо — самый употребляемый металл, на него приходится до 95 % мирового производства металлов.
- Железо — основной компонент сталей и чугунов — важнейших конструкционных материалов. Конструкционное использование железа — основное.
- Железо может входить в состав сплавов на основе других металлов — например, никелевых.
- Магнитная окись железа — важный материал в производстве устройств долговременной компьютерной памяти: жёстких дисков, дискет и т. п. Также железо входит в большинство магнитных сплавов.
- Хлорид железа III (хлорное железо) используется в радиолюбительской практике для травления печатных плат.
- Десятиводный сульфат железа (железный купорос) в смеси с медным купоросом используется для борьбы с вредными грибками в садоводстве и строительстве.
Железо применяется в качестве анода в железо-никелевых аккумуляторах, железо-воздушных аккумуляторах.
Биологическая роль[]
Железо играет важную роль в жизни практически всех организмов, за исключением некоторых бактерий.
В организме животных железо входит в состав множества ферментов и белков, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях, главным образом в процессе дыхания. Обычно железо входит в ферменты в виде комплекса, называемого гемом. В частности, этот комплекс присутствует в гемоглобине — важнейшем белке, обеспечивающем транспорт кислорода с кровью ко всем органам человека и животных. И именно он окрашивает кровь в характерный красный цвет.
Комплексы железа, отличные от гема, встречаются, например, в ферменте метан-моноксигеназе, окисляющем метан в метанол, в важном ферменте рибонуклеотид-редуктазе, который участвует в синтезе ДНК.
Неорганическое железо встречается в некоторых бактериях, иногда используется ими для связывания азота воздуха.
В организм животных и человека железо поступает с пищей (наиболее богаты им печень, мясо, яйца, бобовые, хлеб, крупы, свёкла). Интересно, что некогда шпинат ошибочно был внесен в этот список (из-за опечатки в результатах анализа — был потерян «лишний» ноль после запятой).
Потребность человека в железе на 1 кг веса следующая: дети — 0,6 мг, взрослые — 0,1 мг, беременные женщины — 0,3 мг железа в сутки. У женщин потребность несколько выше, чем у мужчин. Как правило, железа, поступающего с пищей, вполне достаточно, но в некоторых специальных случаях (анемия, а также при донорстве крови) необходимо применять железосодержащие препараты и пищевые добавки (Гематоген, Ферроплекс).
Передозировка железа угнетает антиоксидатную систему организма, поэтому употреблять препараты железа здоровым людям не рекомендуется.
См. также[]
- Категория:Соединения железа
- Оксиды железа
- Гидроксиды железа
Ссылки[]
| H | He | ||||||||||||||||||||||
| Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | ||||||||||||||||
| Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | ||||||||||||||||
| K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | ||||||
| Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | ||||||
| Cs | Ba | * | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn | ||||||
| Fr | Ra | ** | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Uub | Uut | Uuq | Uup | Uuh | Uus | Uuo | ||||||
| * | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | ||||||||
| ** | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | ||||||||
af:Yster als:Eisen ar:حديد ast:Fierro az:Dəmir be:Жалеза bg:Желязо br:Houarn bs:Željezo ca:Ferro co:Ferru cs:Železo cy:Haearn da:Jern de:Eisen el:Σίδηρος en:Iron eo:Fero es:Hierro et:Raud eu:Burdin fa:آهن fi:Rauta fr:Fer gd:Iarann gl:Fe (elemento) he:ברזל hr:Željezo hu:Vas hy:Երկաթ ia:Ferro id:Besi io:Fero is:Járn it:Ferro ja:鉄 jbo:tirse ko:철 ku:Hesin la:Ferrum lb:Eisen li:Iezer ln:Ebendé lt:Geležis lv:Dzelzs mi:Rino mk:Железо ml:ഇരുമ്പ് ms:Besi mt:Ħadid nah:Tepoztli nds:Iesen nl:IJzer (element) nn:Jern no:Jern nrm:Fé oc:Fèrre pl:Żelazo pt:Ferro qu:Chuki ro:Fier sco:Airn sh:Željezo simple:Iron sk:Železo sl:Železo sq:Hekuri sr:Гвожђе sv:Järn ta:இரும்பு tg:Оҳан th:เหล็ก tr:Demir ug:تۆمۈر uk:Залізо uz:Temir vi:Sắt zh:铁 zh-min-nan:Fe (goân-sò͘) zh-yue:鐵
- Страница 0 - краткая статья
- Страница 1 - энциклопедическая статья
- Разное - на страницах: 2 , 3 , 4 , 5
- Прошу вносить вашу информацию в «Железо 1», чтобы сохранить ее