Урок 28 Бесплатно Железо. Часть первая

Нахождение в природе. Физические свойства железа.

Железо – элемент восьмой группы периодической системы элементов.

Первооткрыватель железа неизвестен – все знают, что оно использовалось с древнейших времён для изготовления орудий труда.

Самые древние изделия из железа относят к IV веку до н. э.

Первые предметы из железа были украшениями, легко догадаться почему. Одно из названий железа на древнегреческом языке – «сидер» переводится как «звездный». Древние люди не умели получать железо из руд и довольствовались лишь метеоритным железом («даром богов»).

 Железо – второй по распространённости металл после алюминия, хотя многие ученые предполагают, что земное ядро, составляющее 32 % массы всей планеты, состоит целиком из железа. В пользу этого говорит наличие у Земли магнитного поля, которое возникает из-за вращения железного ядра.

Да и вообще, по своему составу атом железа – уникален.

Все атомы с большим зарядом ядра, то есть элементы, расположенные в периодической системе после железа, менее устойчивы.

Поэтому ученые считают, что железо – наиболее тяжелый элемент, способный образовываться в звездах при термоядерном синтезе.

Именно поэтому ядро Земли и, скорее всего, большинства других планет состоит именно из железа. Как наиболее тяжелый из «звездных» элементов он собирается в центре планеты под действием её гравитационного поля, образуя ядро.

Но в литосфере железо встречается в основном только в виде соединений (не считая метеоритного).

 

Наиболее важными природными соединениями железа являются:

лимонит Fe2Ox Н2O

красный железняк (гематит) Fe2O3

магнитный железняк (магнетит) Fe3O4

серный колчедан (пирит) FeS2

 

В природных водах и водах некоторых минеральных источников содержатся гидрокарбонат железа Fe(HCO3)и некоторые другие его соли.

Соединения железа входят в состав живых организмов.

Железо можно получить восстановлением его из железных руд углеродом (коксом), угарным газом, водородом, алюминием, то есть пирометаллургическим способом.

В промышленности используют доменный процесс, в основе которого лежит реакция с углеродом.

Чистое железо – пластичный металл серебристо-белого цвета.

Он отлично прокатывается, из него можно изготовить листы тоньше папиросной бумаги.

Плотность железа 7,87 г/см3, температура плавления 1539 °С.

В отличие от многих других металлов, железо обладает магнитными свойствами.

Магнитные свойства железа связаны со строением атома, а именно распределением электронов по оболочкам.

В периодической системе железо находится в «триаде» элементов:

железо

кобальт

никель

 

Все три элемента обладают близкими физическими свойствами и строением атома.

Все они являются ферромагнитными, то есть длительное время способны сохранять намагниченность.

Пройти тест
Закрыть тест

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Химические свойства железа

Химические свойства любого элемента зависят, в первую очередь, от строения ядра, а точнее, от распределения электронов по электронным уровням.

Железо находится в побочной подгруппе VIII группы Периодической системы химических элементов.

Для таких атомов валентными являются и электроны внешнего слоя, и часть электронов предвнешнего уровня.

На предвнешнем уровне атома железа 14 электронов.

Схема строения атома железа такова:

В химических реакциях атомы железа кроме двух электронов внешнего слоя могут отдавать один электрон с предвнешнего слоя и переходить в степень окисления +3.

Кроме того, степень окисления +3 для железа наиболее устойчива.

 

При обычных условиях железо малоактивно (не взаимодействует даже с активными окислителями), но при нагревании, особенно в мелко раздробленном состоянии, оно становится активным и реагирует почти со всеми неметаллами.

Очень мелкий порошок железа называют «пирофорное железо», оно способно самовоспламеняться на воздухе.

При взаимодействии с кислородом железо образует окалину – двойной (смешанный) оксид железа (II, III) Fe3O(FeO x Fe2O3)

Активные неметаллы (фтор, хлор, бром) окисляют железо до устойчивой степени окисления +3, а менее активные – сера, йод – до степени окисления +2:

Железо находится в середине ряда активности металлов, поэтому оно относится к металлам средней активности.

С водой активно реагирует только раскалённое железо.

Железо реагирует с большинством кислот, в том числе с соляной, с разбавленными серной и азотной, вытесняя из них водород и окисляясь до степени окисления +2.

Но концентрированные азотная и серная кислоты при обычной температуре пассивируют железо: образуют на его поверхности плотную пленку, которая препятствует дальнейшей химической реакции.

Поэтому концентрированные азотную и серную кислоты спокойно перевозят в стальных цистернах.  

Железо вытесняет (восстанавливает) металлы, которые в ряду активности стоят правее него, из растворов их солей. Например, медь: 

Эту реакцию вы можете провести сами.

Растворите в воде немного медного купороса (можно купить в хозяйственном магазине или в магазине, где продаётся всё для сада и огорода) и опустите в этот раствор железный гвоздь.

Медь будет покрывать гвоздь прямо на глазах – реакция идет довольно быстро.

Пройти тест
Закрыть тест

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Соединения железа

Оксид железа (II) FeO представляет собой порошок чёрного цвета.

Его получают восстановлением оксида железа (III) окисью углерода:

Это основный оксид, но непосредственно с водой не реагирует.

Соединения железа в степени окисления +2 неустойчивы и являются активными восстановителями, сами при этом легко окисляются до устойчивой степени окисления +3.

Оксид железа (II) применяется как компонент керамики и в качестве пищевого красителя.

Воронение стали - это нанесение на поверхность стали различных рисунков.

Оно основано на том, что слои оксида железа (II) разной толщины имеют разные цвета.

Это широко используют при нанесении на сталь рисунков, причем такие рисунки не смываются. 

Оксид железа (III) Fe2O3– порошок бурого цвета, не растворяется в воде.

Именно он придаёт красно-бурый цвет поверхности Марса. 

Это вещество также является компонентом керамики и пищевым красителем, но также используется при термитной сварке.

Кроме того, оксид железа (III)– это то самое коричневое вещество, которое наносится на поверхность магнитных плёнок и обеспечивает аналоговую видео- и звукозапись.

В последнее время она активно вытесняется цифровой записью, однако и при цифровой записи используется тоже железо! 

Оксид и гидроксид железа (III) проявляют слабовыраженные амфотерные свойства с преобладанием основных.

Они легко реагируют с кислотами с образованием солей железа, а при нагревании способны реагировать со щелочами с образованием ферритов – комплексных соединений, в которых степень окисления железа не меняется. 

Ферриты – соли гипотетической железной кислоты HFeO2, которая в свободном виде не получена.

Однако сами ферриты – устойчивые соединения, кристаллические вещества фиолетовых и ярко-красных оттенков.

Они обладают магнитными и полупроводниковыми свойствами, им находят применение в узких областях техники.

 

При сплавлении оксида железа и твердых щелочей образуются ферраты, например, феррат калия K2FeO4

В этих веществах железо имеет степень окисления +6, за счет чего ферраты являются очень сильными окислителями, но сами при этом неустойчивы, поэтому не находят широкого применения.

Про железо можно разговаривать очень и очень долго. И хотя я решил собрать здесь только самое самое важное, это только первая часть.

Не переключайтесь!

Пройти тест
Закрыть тест

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Заключительный тест

Пройти тест