Чистое железо (99,97%), очищенное методом электролиза
Железо — ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро корродирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе. Обозначается символом Fe (лат. Ferrum). Один из самых распространённых в земной коре металлов (второе место после алюминия).
СТРУКТУРА
Две модификации кристаллической решетки железа
Для железа установлено несколько полиморфных модификаций, из которых высокотемпературная модификация — γ-Fe(выше 906°) образует решетку гранецентрированного куба типа Сu (а0 = 3,63), а низкотемпературная — α-Fe-решетку центрированного куба типа α-Fe (a0 = 2,86).
В зависимости от температуры нагрева железо может находиться в трех модификациях, характеризующихся различным строением кристаллической решетки:
- В интервале температур от самых низких до 910°С —а-феррит (альфа-феррит), имеющий строение кристаллической решетки в виде центрированного куба;
- В интервале температур от 910 до 1390°С — аустенит, кристаллическая решетка которого имеет строение гранецентрированного куба;
- В интервале температур от 1390 до 1535°С (температура плавления) — д-феррит (дельта-феррит). Кристаллическая решетка д-феррита такая же, как и а-феррита. Различие между ними только в иных (для д-феррита больших) расстояниях между атомами.
При охлаждении жидкого железа первичные кристаллы (центры кристаллизации) возникают одновременно во многих точках охлаждаемого объема. При последующем охлаждении вокруг каждого центра надстраиваются новые кристаллические ячейки, пока не будет исчерпан весь запас жидкого металла.
При последующем охлаждении твердого железа при переходах д-феррита в аустенит и аустенита в а-феррит могут возникать новые центры кристаллизации с соответствующим изменением величины зерна
СВОЙСТВА
Железная руда
В чистом виде при нормальных условиях это твердое вещество. Оно обладает серебристо-серым цветом и ярко выраженным металлическим блеском. Механические свойства железа включают в себя уровень твердости по шкале Мооса. Она равна четырем (средняя). Железо обладает хорошей электропроводностью и теплопроводностью. Последнюю особенность можно ощутить, дотронувшись до железного предмета в холодном помещении. Так как этот материал быстро проводит тепло, он за короткий промежуток времени забирает большую его часть из вашей кожи, и поэтому вы ощущаете холод.
ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА
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 %.
Железо
В земной коре железо распространено достаточно широко — на его долю приходится около 4,1 % массы земной коры (4-е место среди всех элементов, 2-е среди металлов). 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.
Известно большое число руд и минералов, содержащих железо. Наибольшее практическое значение имеют красный железняк (гематит, Fe2O3; содержит до 70 % Fe), магнитный железняк (магнетит, FeFe
Содержание железа в морской воде — 1·10−5-1·10−8 %
В промышленности железо получают из железной руды, в основном из гематита (Fe2O3) и магнетита (FeO·Fe2O3).
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.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ
Самородное железо
Происхождение теллурическое (земное) железо редко встречается в базальтовыхлавах (Уифак, о. Диско, у западного берега Гренландии, вблизи г. Касселя Германия). В обоих пунктах с ним ассоциируют пирротин (Fe
ПРИМЕНЕНИЕ
Кольцо из железа
Железо — один из самых используемых металлов, на него приходится до 95 % мирового металлургического производства.
Железо является основным компонентом сталей и чугунов — важнейших конструкционных материалов.
Железо может входить в состав сплавов на основе других металлов — например, никелевых.
Магнитная окись железа (магнетит) — важный материал в производстве устройств долговременной компьютерной памяти: жёстких дисков, дискет и т. п.
Уникальные ферромагнитные свойства ряда сплавов на основе железа способствуют их широкому применению в электротехнике для магнитопроводов трансформаторов и электродвигателей.
Хлорид железа(III) (хлорное железо) используется в радиолюбительской практике для травления печатных плат.
Семиводный сульфат железа (железный купорос) в смеси с медным купоросом используется для борьбы с вредными грибками в садоводстве и строительстве.
Водные растворы хлоридов двухвалентного и трёхвалентного железа, а также его сульфатов используются в качестве коагулянтов в процессах очистки природных и сточных вод на водоподготовке промышленных предприятий.
Железо (англ. Iron) — Fe
| Молекулярный вес | 55.85 г/моль |
| Происхождение названия | возможно англо-саксонского происхождения |
| IMA статус | действителен, описан впервые до 1959 (до IMA) |
КЛАССИФИКАЦИЯ
Hey’s CIM Ref1.57
| Strunz (8-ое издание) | 1/A.07-10 |
| Nickel-Strunz (10-ое издание) | 1.AE.05 |
| Dana (7-ое издание) | 1.1.17.1 |
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
| Цвет минерала | железно-черный |
| Цвет черты | серый |
| Прозрачность | непрозрачный |
| Блеск | металлический |
| Спайность | несовершенная по {001} |
| Твердость (шкала Мооса) | 4,5 |
| Излом | в зазубринах |
| Прочность | ковкий |
| Плотность (измеренная) | 7.3 — 7.87 г/см3 |
| Радиоактивность (GRapi) | 0 |
| Магнетизм | ферромагнетик |
ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
| Тип | изотропный |
| Цвет в отраженном свете | белый |
| Люминесценция в ультрафиолетовом излучении | не флюоресцентный |
КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
| Точечная группа | m3m (4/m 3 2/m) — изометрический — гексаоктаэдральный |
| Пространственная группа | Im3m (I4/m 3 2/m) |
| Сингония | кубическая |
| Параметры ячейки | a = 2.8664Å |
| Двойникование | (111) также в пластинчатых массах {112} |
| Морфология | в маленьких пузырьках |
Интересные статьи:
mineralpro.ru 13.07.2016Желе́зо — элемент побочной подгруппы восьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 26. Обозначается символом Fe (лат. Ferrum). Один из самых распространённых в земной коре металлов (второе место после алюминия). Металл средней активности, восстановитель.
Основные степени окисления — +2, +3
Простое вещество железо — ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро корродирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе.
Химические свойства простого вещества — железа:
Ржавление и горение в кислороде
1) На воздухе железо легко окисляется в присутствии влаги (ржавление):
4Fe + 3O2 + 6H2 O → 4Fe(OH)3
Накалённая железная проволока горит в кислороде, образуя окалину — оксид железа (II, III):
3Fe + 2O2 → Fe3O4
3Fe+2O2→(Fe IIFe2 III)O4 (160 °С)
2) При высокой температуре (700–900°C) железо реагирует с парами воды:
3Fe + 4H2O –t°→ Fe3O4 + 4H2
3) Железо реагирует с неметаллами при нагревании:
2Fe+3Cl2→2FeCl3 (200 °С)
2Fe + 3Br2 –t°→ 2FeBr3
Fe + S –t°→ FeS (600 °С)
Fe+2S → Fe+2(S2-1) (700°С)
4) В ряду напряжений стоит левее водорода, реагирует с разбавленными кислотами НСl и Н2SO4, при этом образуются соли железа(II) и выделяется водород:
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 (реакции проводятся без доступа воздуха, иначе Fe+2 постепенно переводится кислородом в Fe+3 )
Fe + H2SO4(разб.) → FeSO4 + H2
В концентрированных кислотах–окислителях железо растворяется только при нагревании, оно сразу переходит в катион Fе3+:
2Fe + 6H2SO4(конц.) –t°→ Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Fe + 6HNO3(конц.) –t°→ Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
(на холоде концентрированные азотная и серная кислоты пассивируют железо).
Железный гвоздь, погруженный в голубоватый раствор медного купороса, постепенно покрывается налетом красной металлической меди
5) Железо вытесняет металлы, стоящие правее его в ряду напряжений из растворов их солей.
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
6)
Амфотерность железа проявляется только в концентрированных щелочах при кипячении:
Fе + 2NaОН (50 %) + 2Н2O= Nа2[Fе(ОН)4]↓+ Н2↑
и образуется осадок тетрагидроксоферрата(II) натрия.
Техническое железо — сплавы железа с углеродом: чугун содержит 2,06-6,67 % С, сталь 0,02-2,06 % С, часто присутствуют другие естественные примеси (S, Р, Si) и вводимые искусственно специальные добавки (Мn, Ni, Сr), что придает сплавам железа технически полезные свойства — твердость, термическую и коррозионную стойкость, ковкость и др.
Доменный процесс производства чугуна
Доменный процесс производства чугуна составляют следующие стадии:
а) подготовка (обжиг) сульфидных и карбонатных руд — перевод в оксидную руду:
FeS2→Fe2O3 (O2,800°С, -SO2) FeCO3→Fe2O3 (O2,500-600°С, -CO2)
б) сжигание кокса при горячем дутье:
С(кокс) + O2 (воздух) →СO2 (600—700°С) СO2 + С(кокс) ⇌ 2СО (700—1000 °С)
в) восстановление оксидной руды угарным газом СО последовательно:
Fe2O3→(CO) (FeIIFe2 III)O4→(CO) FeO→(CO) Fe
г) науглероживание железа (до 6,67 % С) и расплавление чугуна:
Fе(т)→(C(кокс) 900—1200°С)Fе(ж) (чугун, t пл 1145°С)
В чугуне всегда в виде зерен присутствуют цементит Fe2С и графит.
Производство стали
Передел чугуна в сталь проводится в специальных печах (конвертерных, мартеновских, электрических), отличающихся способом обогрева; температура процесса 1700-2000 °С. Продувание воздуха, обогащенного кислородом, приводит к выгоранию из чугуна избыточного углерода, а также серы, фосфора и кремния в виде оксидов. При этом оксиды либо улавливаются в виде отходящих газов (СО2, SО2), либо связываются в легко отделяемый шлак — смесь Са3(РO4)2 и СаSiO3. Для получения специальных сталей в печь вводят легирующие добавки других металлов.
Получение чистого железа в промышленности — электролиз раствора солей железа, например:
FеСl2→ Fе↓ + Сl2↑ (90°С) (электролиз)
(существуют и другие специальные методы, в том числе восстановление оксидов железа водородом).
Чистое железо применяется в производстве специальных сплавов, при изготовлении сердечников электромагнитов и трансформаторов, чугун — в производстве литья и стали, сталь — как конструкционный и инструментальный материалы, в том числе износо-, жаро- и коррозионно-стойкие.
Оксид железа(II) FеО. Амфотерный оксид с большим преобладанием основных свойств. Черный, имеет ионное строение Fе2+ O2-. При нагревании вначале разлагается, затем образуется вновь. Не образуется при сгорании железа на воздухе. Не реагирует с водой. Разлагается кислотами, сплавляется со щелочами. Медленно окисляется во влажном воздухе. Восстанавливается водородом, коксом. Участвует в доменном процессе выплавки чугуна. Применяется как компонент керамики и минеральных красок. Уравнения важнейших реакций:
4FеО ⇌(FeIIFe2 III) + Fе (560—700 °С , 900—1000°С)
FеО + 2НС1 (разб.) = FеС12 + Н2O
FеО + 4НNO3 (конц.) = Fе(NO3)3 +NO2↑ + 2Н2O
FеО + 4NаОН =2Н2O + Nа4FеO3(красн.) триоксоферрат(II) (400—500 °С)
FеО + Н2 =Н2O + Fе (особо чистое) (350°С)
FеО + С(кокс) = Fе + СО (выше 1000 °С)
FеО + СО = Fе + СO2 (900°С)
4FеО + 2Н2O(влага) + O2 (воздух) →4FеО(ОН) (t)
6FеО + O2 = 2(FeIIFe2 III )O4 (300—500°С)
Получение в лаборатории: термическое разложение соединений железа (II) без доступа воздуха:
Fе(ОН)2 = FеО + Н2O (150-200 °С)
FеСОз = FеО + СO2 (490-550 °С)
Оксид дижелеза (III) – железа(II) (FeIIFe2 III )O4 . Двойной оксид. Черный, имеет ионное строение Fe2+(Fе3+)2(O2-)4. Термически устойчив до высоких температур. Не реагирует с водой. Разлагается кислотами. Восстанавливается водородом, раскаленным железом. Участвует в доменном процессе производства чугуна. Применяется как компонент минеральных красок (железный сурик), керамики, цветного цемента. Продукт специального окисления поверхности стальных изделий (чернение, воронение). По составу отвечает коричневой ржавчине и темной окалине на железе. Применение брутто-формулы Fe3O4 не рекомендуется. Уравнения важнейших реакций:
2(FeIIFe2 III )O4 = 6FеО + O2 (выше 1538 °С)
(FeIIFe2 III )O4 + 8НС1 (разб.) = FеС12 + 2FеС13 + 4Н2O
(FeIIFe2 III )O4 +10НNO3 (конц.) =3Fе(NO3)3 + NO2↑+ 5Н2O
(FeIIFe2 III )O4 + O2 (воздух) = 6Fе2O3 (450-600°С)
(FeIIFe2 III )O4 + 4Н2 = 4Н2O + 3Fе (особо чистое, 1000 °С)
(FeIIFe2 III )O4 + СО =ЗFеО + СO2 (500—800°C)
(FeIIFe2 III )O4 + Fе ⇌4FеО (900—1000 °С , 560—700 °С)
Получение: сгорание железа (см.) на воздухе.
В природе — оксидная руда железа магнетит.
Оксид железа(III) Fе2О3. Амфотерный оксид с преобладанием основных свойств. Красно-коричневый, имеет ионное строение (Fе 3+)2(O2-)3. Термически устойчив до высоких температур. Не образуется при сгорании железа на воздухе. Не реагирует с водой, из раствора выпадает бурый аморфный гидрат Fе2O3 nН2О. Медленно реагирует с кислотами и щелочами. Восстанавливается монооксидом углерода, расплавленным железом. Сплавляется с оксидами других металлов и образует двойные оксиды — шпинели (технические продукты называются ферритами). Применяется как сырье при выплавке чугуна в доменном процессе, катализатор в производстве аммиака, компонент керамики, цветных цементов и минеральных красок, при термитной сварке стальных конструкций, как носитель звука и изображения на магнитных лентах, как полирующее средство для стали и стекла.
Уравнения важнейших реакций:
6Fе2O3 = 4(FeIIFe2 III )O4 +O2 (1200—1300 °С)
Fе2O3 + 6НС1 (разб.) →2FеС13 + ЗН2O (t) (600°С,р)
Fе2O3 + 2NaОН (конц.) →Н2O+ 2NаFеO2 (красн.) диоксоферрат(III)
Fе2О3 + МО=(МIIFе2III)O4 (М=Сu, Мn, Fе, Ni, Zn)
Fе2O3 + ЗН2 =ЗН2O+ 2Fе (особо чистое, 1050—1100 °С)
Fе2O3 + Fе = ЗFеО (900 °С)
3Fе2O3 + СО = 2(FeIIFе2III)O4 + СO2 (400—600 °С)
Получение в лаборатории — термическое разложение солей железа (III) на воздухе:
Fе2(SO4)3 = Fе2O3 + 3SO3 (500-700 °С)
4{Fе(NO3)3 9 Н2O} = 2FеaO3 + 12NO2+ 3O2 + 36Н2O (600-700 °С)
В природе — оксидные руды железа гематит Fе2O3 и лимонит Fе2O3 nН2O
Гидроксид железа (II) Fе(ОН)2. Амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств. Белый (иногда с зеленоватым оттенком), связи Fе — ОН преимущественно ковалентные. Термически неустойчив. Легко окисляется на воздухе, особенно во влажном состоянии (темнеет). Нерастворим в воде. Реагирует с разбавленными кислотами, концентрированными щелочами. Типичный восстановитель. Промежуточный продукт при ржавлении железа. Применяется в изготовлении активной массы железоникелевых аккумуляторов.
Уравнения важнейших реакций:
Fе(OН)2 = FеО + Н2O (150-200 °С, в атм.N2)
Fе(ОН)2 + 2НС1 (разб.) =FеС12 + 2Н2O
Fе(ОН)2 + 2NаОН (> 50%) = Nа2[Fе(ОН)4] ↓(сине-зеленый) (кипячение)
4Fе(ОН)2 (суспензия) + O2 (воздух) →4FеО(ОН)↓ + 2Н2O (t)
2Fе(ОН)2 (суспензия) +Н2O2 (разб.) = 2FеО(ОН)↓ + 2Н2O
Fе(ОН)2 + КNO3 (конц.) = FеО(ОН)↓ + NO↑+ КОН (60 °С)
Получение: осаждение из раствора щелочами или гидратом аммиака в инертной атмосфере:
Fе2+ + 2OH (разб.) = Fе(ОН)2↓
Fе2+ + 2(NH3Н2O) = Fе(ОН)2↓+ 2NH4
Метагидроксид железа FеО(ОН). Амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств. Светло-коричневый, связи Fе — О и Fе — ОН преимущественно ковалентные. При нагревании разлагается без плавления. Нерастворим в воде. Осаждается из раствора в виде бурого аморфного полигидрата Fе2O3 nН2O, который при выдерживании под разбавленным щелочным раствором или при высушивании переходит в FеО(ОН). Реагирует с кислотами, твердыми щелочами. Слабый окислитель и восстановитель. Спекается с Fе(ОН)2. Промежуточный продукт при ржавлении железа. Применяется как основа желтых минеральных красок и эмалей, поглотитель отходящих газов, катализатор в органическом синтезе.
Соединение состава Fе(ОН)3 не известно (не получено).
Уравнения важнейших реакций:
Fе2O3 . nН2O→(200-250 °С, —H2O) FеО(ОН)→( 560-700° С на воздухе , -h3O) →Fе2О3
FеО(ОН) + ЗНС1 (разб.) =FеС13 + 2Н2O
FeO(OH)→Fe2O3.nH2O -коллоид (NаОН (конц.))
FеО(ОН)→Nа3[Fе(ОН)6] белый , Nа5[Fе(OН)8 желтоватый (75 °С, NаОН( т))
2FеО(ОН) + Fе(ОН)2=( FeIIFe2 III )O4 + 2Н2O (600—1000 °С)
2FеО(ОН) + ЗН2 = 4Н2O+ 2Fе (особо чистое, 500—600 °С)
2FеО(ОН) + ЗВr2 + 10КОН = 2К2FеO4 + 6Н2O + 6КВr
Получение: осаждение из раствора солей железа(Ш) гидрата Fе2О3 nН2O и его частичное обезвоживание (см. выше).
В природе — оксидная руда железа лимонит Fе2O3 nН2О и минерал гётит FеО(ОН).
Феррат калия К2FеО4. Оксосоль. Красно-фиолетовый, разлагается при сильном нагревании. Хорошо растворим в концентрированном растворе КОН, реагирует с кипящей водой, неустойчив в кислотной среде. Сильный окислитель.
Качественная реакция — образование красного осадка феррата бария. Применяется в синтезе ферритов — промышленно важных двойных оксидов железа (III) и других металлов.
Уравнения важнейших реакций:
4К2FеO4= 4КFеO2 + 3O2 + 2К2O (700 °С)
4К2FеO4 + 6Н2O (гор.) =4FeО(ОН)↓ + 8КОН + 3O2↑
FеО42- + 2OН+ (разб.) =4Fе3+ + 3O2↑+10Н2O
FеО42- + 2(NH3. Н2O) →2FеО(ОН)↓ + N2↑+ 2Н2O+ 4OН—
FеО42- + Ва2+ = ВаFеO4 (красн.)↓ (в конц. КОН)
Получение: образуется при окислении соединений железа, например метагидроксида FеО(ОН), бромной водой, а также при действии сильных окислителей (при спекании) на железо
Fе + 2КОН + 2КNO3 = К2FеO4 + 3КNO2+ H2O (420 °С)
и электролизе в растворе:
электролиз
Fе + 2КОН (конц.) + 2Н2O→ЗН2↑ + К2FеO4 ( электролиз)
(феррат калия образуется на аноде).
Качественные реакции на ионы Fе2+ и Fе3+
Обнаружение ионов Fе2+ и Fе3+в водном растворе проводят с помощью реактивов К3[Fе(СN)6] и К4[Fе(СN)6] соответственно; в обоих случаях выпадает синий продукт одинакового состава и строения, КFеIII[FеII (СN)6]. В лаборатории этот осадок называют берлинская лазурь, или турнбуллева синь:
Fе2+ + К+ + [Fе(СN)6]3- = КFеIII[FеII (СN) 6]↓
Fе3+ + К+ + [Fе(СN)6]4- = КFеIII[FеII (СN) 6]↓
Химические названия исходных реактивов и продукта реакций:
К3FеIII[Fе(СN) 6]- гексацианоферрат (III) калия
К4FеIII[Fе (СN) 6]- гексацианоферрат (II) калия
КFеIII[FеII (СN) 6]- гексацианоферрат (II) железа (Ш) калия
Кроме того, хорошим реактивом на ионы Fе3+ является тиоцианат-ион NСS—, железо (III) соединяется с ним, и появляется ярко-красная («кровавая») окраска:
Fе3+ + 6NСS— = [Fе(NСS)6]3-
Этим реактивом (например, в виде соли КNСS) можно обнаружить даже следы железа (III) в водопроводной воде, если она проходит через железные трубы, покрытые изнутри ржавчиной.
Железа, которое содержится в теле человека, хватит на крупный гвоздь. Это приблизительно 2,5–4,5 грамм. Казалось бы, совсем немного. Тем не менее влияние железа на многие жизненно важные процессы огромно, и его недостаток (как и избыток) моментально сказывается на нашем самочувствии и может привести к серьезным последствиям.
Роль железа в организме: микроэлемент с важной миссией
У железа очень много функций. Вот основные из них:
- Транспортировка кислорода к тканям. Железо входит в состав гемоглобина — белка, из которого состоят красные кровяные тельца (эритроциты). Именно железо отвечает за захват кислорода, после чего эритроциты переносят его ко всем органам и системам организма. Эти же кровяные тельца (и снова при помощи железа!) подбирают отработанный углекислый газ и транспортируют его в легкие для утилизации. Без железа дыхательные процессы на клеточном уровне были бы просто невозможны.
- Метаболизм. Железо в организме человека является составной частью многих ферментов и белков, которые необходимы для обменных процессов — разрушения и утилизации токсинов, холестеринового обмена, превращения калорий в энергию. Оно также помогает иммунной системе организма справляться с агрессорами.
Нет ничего удивительного в том, что недостаток железа отражается на внешности, здоровье и самочувствии.
При дефиците этого элемента кожа становится бледной и сухой, волосы — тусклыми и слабыми, а ногти — ломкими. В уголках губ возникают незаживающие язвочки, а на кистях рук и ступнях — очень болезненные трещины.
По мере снижения количества железа в организме самочувствие ухудшается — пропадает аппетит, многие замечают дискомфорт при глотании. Иногда вкусы меняются самым странным образом, например, человеку очень хочется погрызть мел или пожевать бумагу.
Люди с нехваткой железа испытывают постоянный упадок сил — они даже просыпаются уставшими. Малейшие физические нагрузки вызывают сильную одышку — так сказывается недостаток кислорода. Другие типичные симптомы дефицита железа — головокружения и даже обмороки, сонливость, раздражительность, ухудшение памяти.
Для людей, страдающих нехваткой железа, типичны постоянные простуды и кишечные инфекции. Как мы уже говорили, железо принимает непосредственное участие в работе защитной системы организма, и при его дефиците иммунитет не может вовремя отражать атаки болезнетворных бактерий.
Наверняка многим эти симптомы покажутся очень знакомыми. Ничего удивительного: по статистике ВОЗ, примерно у 60% населения планеты отмечается недостаток железа в организме, а у 30% дефицит этого элемента так велик, что речь идет уже о железодефицитной анемии — состоянии, при котором значительно понижается уровень гемоглобина.
Интересный факт
Железодефицитная анемия — самый распространенный тип анемии, на нее приходится более 90% всех случаев.
Норма содержания, или Сколько железа мы «носим»?
Как уже было сказано, в нашем организме содержится 2,5–4,5 г железа, и его запас необходимо постоянно пополнять.
Женщинам требуется больше железа, чем мужчинам — это объясняется ежемесячными кровопотерями во время менструаций, а также некоторыми особенностями гормональной системы. В среднем женщина должна ежедневно получать 15 мг железа, а во время беременности и лактации — 20 мг и даже больше.
Мужчинам необходимо 10 мг железа ежедневно.
Детям и подросткам до 18 лет необходимо получать 5–15 мг железа в сутки — потребность в этом элементе повышается с возрастом.
Важно!
Рацион питания современного человека практически не позволяет получать достаточное количество железа с пищей. В среднем мы потребляем около 10–20% от ежедневной нормы железа. Остальное можно восполнить при помощи биодобавок и витаминных комплексов.
Ничто не дает такого точного представления об уровне железа в организме, как обычный биохимический анализ крови, который можно сделать в любой лаборатории.
Нормальный уровень железа для мужчин — от 11,64 до 30,43 мкмоль/л, у женщин — от 8,95 до 30,43 мкмоль/л. У новорожденных детей норма содержания железа в крови гораздо выше — от 17,9 до 44,8 мкмоль/л. Но уже к концу первого года жизни она понижается до 7,16–17,9 мкмоль/л, а к пубертатному периоду достигает взрослых показателей.
Недостаток и переизбыток железа в организме человека: причины и последствия
Избыток железа встречается гораздо реже, чем недостаток. Такая ситуация часто складывается при очень высоком содержании железа в питьевой воде, при болезнях печени и селезенки, а также при метаболических нарушениях. Избыток железа включает такие симптомы, как непрекращающиеся расстройства пищеварения (метеоризм, диареи и запоры, тошнота и рвота, изжога), упадок сил и головокружения, появление пигментации на коже. Если не предпринимать никаких мер, возможно развитие осложнений — артритов, диабета, заболеваний печени. Некоторые специалисты также полагают, что переизбыток железа — один из факторов риска при развитии онкологических заболеваний.
Недостаток железа диагностируется гораздо чаще. И, как правило, он вызван несбалансированной диетой, бедной этим элементом. Другие типичные причины недостатка железа в организме — его активный расход (во время роста, беременности и кормления грудью), кровопотери из-за травм, операций, внутренних кровотечений или обильных менструаций, гастриты, глистные инвазии и дисбактериозы (из-за этих болезней нарушается процесс всасывания железа), нехватка витаминов С и В12, без которых железо не усваивается, нарушения в работе щитовидной железы и отравление свинцом.
Снижение иммунитета, вызванное нехваткой железа, рано или поздно приводит к тому, что инфекционные заболевания приобретают хронический характер, и это одна из главных опасностей дефицита железа. Железодефицитная анемия — значительный фактор риска при развитии сердечной недостаточности и заболеваний печени. Особенно опасна анемия для беременных — у матерей, страдавших ею во время вынашивания ребенка, часто рождаются дети с врожденной анемией.
Как поднять уровень железа?
Даже если анализ крови показал дефицит железа в организме, не стоит немедленно бежать в аптеку за минеральным комплексом и считать, что вопрос закрыт. Необходима консультация врача, так как недостаток железа в организме может говорить о наличии серьезных заболеваний, при которых всасывание железа нарушено.
Если дефицит железа в организме вызван неправильным питанием, это легко поправить.
Диета. Необходимо есть как можно больше продуктов с высоким содержанием железа. Самые ценные его источники — красное мясо, субпродукты (особенно печень), устрицы, яйца, орехи, бобовые, яблоки, гранаты, изюм, инжир. Нужно также пополнить рацион продуктами, которые содержат витамин С (облепиха, шиповник, брюссельская капуста, цитрусовые) и витамин В12 (рыба и морепродукты), они нужны для того, чтобы поступающее железо усваивалось. Употребление чая, кофе и газировки лучше ограничить, а от алкоголя следует отказаться совсем.
Витаминные комплексы. Дополнительный прием витаминов — эффективный способ профилактики дефицита железа в организме. Помимо этого элемента, в комплекс должны входить витамины А, С, Е и D, все витамины группы В, а также медь, марганец и цинк — это оптимальный состав «спасательной команды» при железодефиците.
БАДы. Существует немало биологически активных добавок для людей, страдающих нехваткой железа. Самым известным БАДом для улучшения состояния при анемии является, пожалуй, знакомый всем с детства гематоген. Это сладкая плитка, напоминающая ирис и содержащая большое количество альбумина — природного источника железа.
Если у дефицита железа в организме нет других причин, кроме неправильного питания, уже через месяц-другой при помощи диеты, БАДов и витаминов можно добиться улучшения. А чтобы ускорить процесс, рекомендуем больше двигаться — физическая активность способствует насыщению тканей кислородом и помогает справиться с усталостью и сонливостью — первыми признаками нехватки железа.
железо — это… Что такое железо?
ЖЕЛЕ́ЗО -а; ср.
1. Химический элемент (Fe), ковкий металл серебристого цвета, образующий в соединении с углеродом сталь и чугун.
2. Обиходное название малоуглеродистой стали, металла серебристого цвета. Ковать ж. Ветер стучит железом крыши.
3. О том, что является сильным, твёрдым, крепким (о внешних физических качествах). Руки у тебя — ж.! // О том, что является жёстким, непреклонным (о внутренних моральных качествах). Характер у него — ж.
4. Разг. О лекарстве, содержащем железистые вещества. Организму не хватает железа. Пить ж. Яблоки содержат ж.
◊ Выжечь калёным желе́зом. Искоренять, уничтожать что-л., прибегая к крайним, чрезвычайным мерам. Куй желе́зо, пока горячо (см. Кова́ть).
◁ Желе́зный; Желе́зистый; Желе́зка; Желе́зина (см.).
ЖЕЛЕ́ЗО (лат. Ferrum), Fe (читается «феррум»), химический элемент, атомный номер 26, атомная масса 55,847. Происхождение как латинского, так и русского названий элемента однозначно не установлено. Природное железо представляет собой смесь четырех нуклидов (см. НУКЛИД) с массовыми числами 54 (содержание в природной смеси 5,82% по массе), 56 (91,66%), 57 (2,19%) и 58 (0,33%). Конфигурация двух внешних электронных слоев 3s2p6d64s2. Обычно образует соединения в степенях окисления +3 (валентность III) и +2 (валентность II). Известны также соединения с атомами железа в степенях окисления +4, +6 и некоторых других.В периодической системе Менделеева железо входит в группу VIIIВ. В четвертом периоде, к которому принадлежит и железо, в эту группу входят также кобальт (см. КОБАЛЬТ) и никель (см. НИКЕЛЬ). Эти три элемента образуют триаду и обладают сходными свойствами.
Радиус нейтрального атома железа 0,126 нм, радиус иона Fe2+ — 0,080 нм, иона Fe3+ — 0,067 нм. Энергии последовательной ионизации атома железа 7,893, 16,18, 30,65, 57, 79 эВ. Сродство к электрону 0,58 эв. По шкале Полинга электроотрицательность железа около 1,8.
Железо высокой чистоты — это блестящий серебристо-серый, пластичный металл, хорошо поддающийся различным способам механической обработки.
Нахождение в природе
В земной коре железо распространено достаточно широко — на его долю приходится около 4,1% массы земной коры (4-е место среди всех элементов, 2-е среди металлов). Известно большое число руд и минералов, содержащих железо. Наибольшее практическое значение имеют красные железняки (руда гематит (см. ГЕМАТИТ), Fe2O3; содержит до 70% Fe), магнитные железняки (руда магнетит (см. МАГНЕТИТ), Fe3О4; содержит 72,4% Fe), бурые железняки (руда гидрогетит НFeO2·nH2O), а также шпатовые железняки (руда сидерит (см. СИДЕРИТ), карбонат железа, FeСО3; содержит около 48% Fe). В природе встречаются также большие месторождения пирита (см. ПИРИТ) FeS2 (другие названия — серный колчедан, железный колчедан, дисульфид железа и другие), но руды с высоким содержанием серы пока практического значения не имеют. По запасам железных руд Россия занимает первое место в мире. В морской воде 1·10-5—1·10-8% железа.
История получения железа
Железо играло и играет исключительную роль в материальной истории человечества. Первое металлическое железо, попавшее в руки человека, имело, вероятно, метеоритное происхождение. Руды железа широко распространены и часто встречаются даже на поверхности Земли, но самородное железо на поверхности крайне редко. Вероятно, еще несколько тысяч лет назад человек заметил, что после горения костра в некоторых случаях наблюдается образование железа из тех кусков руды, которые случайно оказались в костре. При горении костра восстановление железа из руды происходит за счет реакции руды как непосредственно с углем, так и с образующимся при горении оксидом углерода (II) СО. Возможность получения железа из руд существенно облегчило обнаружение того факта, что при нагревании руды с углем возникает металл, который далее можно дополнительно очистить при ковке. Получение железа из руды с помощью сыродутного процесса было изобретено в Западной Азии во 2-м тыс. до н. э. Период с 9 по 7 в. до н. э., когда у многих племен Европы и Азии развилась металлургия железа, получил название железного века, (см. ЖЕЛЕЗНЫЙ ВЕК) пришедшего на смену бронзовому веку (см. БРОНЗОВЫЙ ВЕК). Усовершенствование способов дутья (естественную тягу сменили меха) и увеличение высоты горна (появились низкошахтные печи — домницы) привело к получению чугуна, который стали широко выплавлять в Западной Европе с 14 века. Полученный чугун переделывали в сталь. С середины 18 века в доменном процессе вместо древесного угля начали использовать каменно-угольный кокс (см. КОКС). В дальнейшем способы получения железа из руд были значительно усовершенствованы, и в настоящее время для этого используют специальные устройства — домны, кислородные конвертеры, электродуговые печи.
Физические и химические свойства
При температурах от комнатной и до 917 °C, а также в интервале температур 1394—1535 °C существует a-Fe с кубической объемно центрированной решеткой, при комнатной температуре параметр решетки а = 0,286645 нм. При температурах 917—1394 °C устойчиво b-Fe с кубической гранецентрированной решеткой Т (а = 0,36468 нм). При температурах от комнатной до 769 °C (так называемая точка Кюри (см. КЮРИ ТОЧКА)) железо обладает сильными магнитными свойствами (оно, как говорят, ферромагнитно), при более высоких температурах железо ведет себя как парамагнетик. Иногда парамагнитное a-Fe с кубической объемно центрированной решеткой, устойчивое при температурах от 769 до 917 °C, рассматривают как g-модификацию железа, а b-Fe, устойчивое при высоких температурах (1394—1535 °C), называют по традиции d-Fe (представления о существовании четырех модификаций железа — a, b, g и d— возникли тогда, когда еще не существовал рентгеноструктурный анализ и не было объективной информации о внутреннем строении железа). Температура плавления 1535 °C, температура кипения 2750 °C, плотность 7,87 г/см3. Стандартный потенциал пары Fe2+/Fe0 –0,447В, пары Fe3+/Fe2+ +0,771В.
При хранении на воздухе при температуре до 200 °C железо постепенно покрывается плотной пленкой оксида, препятствующего дальнейшему окислению металла. Во влажном воздухе железо покрывается рыхлым слоем ржавчины, который не препятствует доступу кислорода и влаги к металлу и его разрушению. Ржавчина не имеет постоянного химического состава, приближенно ее химическую формулу можно записать как Fe2О3·хН2О.
С кислородом железо реагирует при нагревании. При сгорании железа на воздухе образуется оксид Fe2О3, при сгорании в чистом кислороде — оксид Fe3О4. Если кислород или воздух пропускать через расплавленное железо, то образуется оксид FeО. При нагревании порошка серы и железа образуется сульфид, приближенную формулу которого можно записать как FeS.
Железо при нагревании реагирует с галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ). Так как FeF3 нелетуч, железо устойчиво к действию фтора до температуры 200—300°C. При хлорировании железа (при температуре около 200°C) образуется летучий FeСl3. Если взаимодействие железа и брома протекает при комнатной температуре или при нагревании и повышенном давлении паров брома, то образуется FeBr3. При нагревании FeСl3 и, особенно, FeBr3 отщепляют галоген и превращаются в галогениды железа (II). При взаимодействии железа и иода образуется иодид Fe3I8.
При нагревании железо реагирует с азотом, образуя нитрид железа Fe3N, с фосфором, образуя фосфиды FeP, Fe2P и Fe3P, с углеродом, образуя карбид Fe3C, с кремнием, образуя несколько силицидов, например, FeSi.
При повышенном давлении металлическое железо реагирует с монооксидом углерода СО, причем образуется жидкий, при обычных условиях легко летучий пентакарбонил железа Fe(CO)5. Известны также карбонилы железа составов Fe2(CO)9 и Fe3(CO)12. Карбонилы железа служат исходными веществами при синтезе железоорганических соединений, в том числе и ферроцена (см. ФЕРРОЦЕН) состава [Fe(-C5H5)2].
Чистое металлическое железо устойчиво в воде и в разбавленных растворах щелочей. В концентрированной серной и азотной кислотах железо не растворяется, так как прочная оксидная пленка пассивирует его поверхность.
С соляной и разбавленной (приблизительно 20%-й) серной кислотами железо реагирует с образованием солей железа (II):
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2
При взаимодействии железа с приблизительно 70%-й серной кислотой реакция протекает с образованием сульфата железа (III):
2Fe + 4H2SO4 = Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O
Оксид железа (II) FeО обладает основными свойствами, ему отвечает основание Fe(ОН)2. Оксид железа (III) Fe2O3 слабо амфотерен, ему отвечает еще более слабое, чем Fe(ОН)2, основание Fe(ОН)3, которое реагирует с кислотами:
2Fe(ОН)3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 6H2O
Гидроксид железа (III) Fe(ОН)3 проявляет слабо амфотерные свойства; он способен реагировать только с концентрированными растворами щелочей:
Fe(ОН)3 + КОН = К[Fe(ОН)4]
Образующиеся при этом гидроксокомплексы железа (III) устойчивы в сильно щелочных растворах. При разбавлении растворов водой они разрушаются, причем в осадок выпадает гидроксид железа (III) Fe(OH)3.
Соединения железа (III) в растворах восстанавливаются металлическим железом:
Fe + 2FeCl3 = 3FeCl2
При хранении водных растворов солей железа (II) наблюдается окисление железа (II) до железа (III):
4FeCl2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)Cl2
Из солей железа (II) в водных растворах устойчива соль Мора — двойной сульфат аммония и железа (II) (NH4)2Fe(SO4)2·6Н2О.
Железо (III) способно образовывать двойные сульфаты с однозарядными катионами типа квасцов, например, KFe(SO4)2 — железокалиевые квасцы, (NH4)Fe(SO4)2 — железоаммонийные квасцы и т. д.
При действии газообразного хлора или озона на щелочные растворы соединений железа (III) образуются соединения железа (VI) — ферраты, например, феррат (VI) калия K2FeO4. Имеются сообщения о получении под действием сильных окислителей соединений железа (VIII).
Для обнаружения в растворе соединений железа (III) используют качественную реакцию ионов Fe3+ с тиоцианат-ионами CNS—. При взаимодействии ионов Fe3+ с анионами CNS— образуется ярко-красный роданид железа Fe(CNS)3. Другим реактивом на ионы Fe3+ служит гексацианоферрат (II) калия K4[Fe(CN)6] (ранее это вещество называли желтой кровяной солью). При взаимодействии ионов Fe3+ и [Fe(CN)6]4- выпадает ярко-синий осадок.
Реактивом на ионы Fe2+ в растворе может служить раствор гексацианоферрат (III) калия K3[Fe(CN)6], ранее называвшийся красной кровяной солью. При взаимодействии ионов Fe3+ и [Fe(CN)6]3- выпадает ярко-синий осадок такого же состава, как и в случае взаимодействия ионов Fe3+ и [Fe(CN)6]4-.
Сплавы железа с углеродом
Железо используется главным образом в сплавах, прежде всего в сплавах с углеродом — различных чугунах и сталях. В чугуне содержание углерода выше 2,14 % по массе (обычно — на уровне 3,5—4%), в сталях содержание углерода более низкое (обычно на уровне 0,8—1 %).
Чугун получают в домнах. Домна представляет собой гигантский (высотой до 30—40 м) усеченный конус, полый внутри. Стенки домны изнутри выложены огнеупорным кирпичом, толщина кладки составляет несколько метров. Сверху в домну вагонетками загружают обогащенную (освобожденную от пустой породы) железную руду, восстановитель кокс (каменный уголь специальных сортов, подвергнутый коксованию — нагреванию при температуре около 1000 °C без доступа воздуха), а также плавильные материалы (известняк и другие), способствующие отделению от выплавляемого металла примесей — шлака. Снизу в домну подают дутье (чистый кислород или воздух, обогащенный кислородом). По мере того, как загруженные в домну материалы опускаются, их температура поднимается до 1200—1300 °C. В результате реакций восстановления, протекающих главным образом с участием кокса С и СО:
Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO;
Fe2O3 + 3CО = 2Fe + 3CO2
возникает металлическое железо, которое насыщается углеродом и стекает вниз.
Этот расплав периодически выпускают из домны через специальное отверстие — летку — и дают расплаву застыть в специальных формах. Чугун бывает белый, так называемый передельный (его используют для получения стали) и серый, или литьевой. Белый чугун — это твердый раствор углерода в железе. В микроструктуре серого чугуна можно различить микрокристаллики графита. Из-за наличия графита серый чугун оставляет след на белой бумаге.
Чугун хрупок, при ударе он колется, поэтому из него нельзя изготавливать пружины, рессоры, любые изделия, которые должны работать на изгиб.
Твердый чугун легче расплавленного, так что при его затвердевании происходит не сжатие (как обычно при затвердевании металлов и сплавов), а расширение. Эта особенность позволяет изготавливать из чугуна различные отливки, в том числе использовать его как материал для художественного литья.
Если содержание углерода в чугуне снизить до 1,0—1,5%, то образуется сталь. Стали бывают углеродистыми (в таких сталях нет других компонентов, кроме Fe и C) и легированными (такие стали содержат добавки хрома, никеля, молибдена, кобальта и других металлов, улучшающие механические и иные свойства стали).
Стали получают, перерабатывая чугун и металлический лом в кислородном конвертере, в электродуговой или мартеновской печах. При такой переработке снижается содержание углерода в сплаве до требуемого уровня, как говорят, избыточный углерод выгорает.
Физические свойства стали существенно отличаются от свойств чугуна: сталь упруга, ее можно ковать, прокатывать. Так как сталь, в отличие от чугуна, при затвердевании сжимается, то полученные стальные отливки подвергают обжатию на прокатных станах. После прокатки в объеме металла исчезают пустоты и раковины, появившиеся при затвердевании расплавов.
Производство сталей имеет в России давние глубокие традиции, и полученные нашими металлургами стали отличаются высоким качеством.
Применение железа, его сплавов и соединений
Чистое железо имеет довольно ограниченное применение. Его используют при изготовлении сердечников электромагнитов, как катализатор химических процессов, для некоторых других целей. Но сплавы железа — чугун и сталь — составляют основу современной техники. Находят широкое применение и многие соединения железа. Так, сульфат железа (III) используют при водоподготовке, оксиды и цианид железа служат пигментами при изготовлении красителей и так далее.
Железо в организме
Железо присутствует в организмах всех растений и животных как микроэлемент, (см. МИКРОЭЛЕМЕНТЫ) то есть в очень малых количествах (в среднем около 0,02%). Однако железобактерии (см. ЖЕЛЕЗОБАКТЕРИИ), использующие энергию окисления железа (II) в железо (III) для хемосинтеза (см. ХЕМОСИНТЕЗ), могут накапливать в своих клетках до 17—20% железа. Основная биологическая функция железа — участие в транспорте кислорода и окислительных процессах. Эту функцию железо выполняет в составе сложных белков — гемопротеидов (см. ГЕМОПРОТЕИДЫ), простетической группой которых является железопорфириновый комплекс — гем (см. ГЕМ). Среди важнейших гемопротеидов дыхательные пигменты гемоглобин (см. ГЕМОГЛОБИН) и миоглобин, (см. МИОГЛОБИН) универсальные переносчики электронов в реакциях клеточного дыхания, окисления и фотосинеза цитохромы, (см. ЦИТОХРОМЫ) ферменты каталоза и пероксида, и других. У некоторых беспозвоночных железосодержащие дыхательные пигменты гелоэритрин и хлорокруорин имеют отличное от гемоглобинов строение. При биосинтезе гемопротеидов железо переходит к ним от белка ферритина (см. ФЕРРИТИН), осуществляющего запасание и транспорт железа. Этот белок, одна молекула которого включает около 4 500 атомов железа, концентрируется в печени, селезенке, костном мозге и слизистой кишечника млекопитающих и человека. Суточная потребность человека в железе (6—20 мг) с избытком покрывается пищей (железом богаты мясо, печень, яйца, хлеб, шпинат, свекла и другие). В организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится 4,2 г железа, в 1 л крови — около 450 мг. При недостатке железа в организме развивается железистая анемия, которую лечат с помощью препаратов, содержащих железо. Препараты железа применяются и как общеукрепляющие средства. Избыточная доза железа (200 мг и выше) может оказывать токсичное действие. Железо также необходимо для нормального развития растений, поэтому существуют микроудобрения на основе препаратов железа.
Железо – металл, входит в восьмую группу периодической системы химических элементов. Он занимает 26 порядковый номер, а его атомная масса равняется 56. Обозначается символом Fe (от латинского Ferrum).В состав атомов входят 26 протонов, 30 нейтронов, 26 электронов. Сегодня вещество является одним из самых распространенных металлов в природе. Оно нашло широкое применение в различных отраслях промышленности.
В данной статье разберем физические и химические свойства железа, поговорим об особенностях, соединениях и применении вещества.
Основные свойства железа
Fe – простое вещество. Его главные окислительные степени – +2, +3. Перечисленные степени окисления с легкостью преобразуются друг в друга при смене восстановительно-окислительных процессов.
Это металл серебряного оттенка с повышенным химически-реакционным свойством, который легко поддается ковке. Металл подвержен коррозии при повышенных температурах и повышенной влажности. Если поместить вещество в чистый кислород, оно поддастся горению. В мелкодисперсном состоянии оно самовозгорится.
Железо химические свойства и реакции
Ниже приведен список, где наглядно показаны химические свойства металла.
1. При обыкновенных условиях ferrum малоактивен, но при нагреве он становится активным и вступает в реакцию практически со всеми неметаллами. Особенно эта черта характерна для мелкодисперсного Fe.
2. Металл взаимодействует со сложными компонентами. К примеру, раскаленный Fe реагирует с водяным паром при температурном режиме от 800 градусов, хотя при привычных условиях этого не происходит.
3. Если оксид железа вступает в реакцию с кислотными оксидами, получаются соли. Так, оксид Fe взаимодействует с серным оксидом, вследствие чего получается сульфат железа (FeO + SO3 = FeSO4).
Еще одним интересным фактом является то, что ни при каких условиях FeO не вступит в реакцию с водой. Кстати, вот формула, на которой видно, что при взаимодействии железа с повышенной влажностью или водой оно окисляется и поддается коррозии: 4Fe + 3O2 + 6h3O = 4Fe(OH)3.
Оксид железа свойства
А теперь поговорим об оксиде этого металлического вещества во второй степени окисления. Получают его разными методами:
• неполное восстановление оксида третьей степени водородом;
• неполное восстановление оксида третьей степени угарным газом.
Также нередко 3FeO восстанавливают при помощи обыкновенного железа, из-за чего образуется оксид второй степени. Если нагреть гидроксид Fe, он начнет разлагаться на оксид первой степени и воду.
2FeO является обыкновенным основным оксидом. У него довольно слабые окислительные способности, в отличие от 3FeO.
Добыча
Железо – самый распространенный металл в земной коре после алюминия. Его доля составляет 5,1 процента от общей массы. Встречается, как правило, в виде самородков. Нередко он оказывается на Земле вместе с метеоритами. В промышленности материал получают на железорудных месторождениях и в содержащих ferrum минералах.
К слову, данное вещество встречается во множестве минералов, что обуславливается естественным окрасом. На их цвет влияют концентрация и соотношение ионов. Также ferrum находится в организмах живых существ и растений. К примеру, в человеке может присутствовать до пяти граммов этого металла.
Fe является одним из важнейших элементов в организме. Именно он поддерживает кровоток и обеспечивает нормальные процессы жизнедеятельности. Если происходит дефицит, образуется малокровие в человеческом организме.
Физические характеристики
Как говорилось, материал представляет собой серебристо-белое вещество в натуральном виде. Он достаточно мягок, ковок и тягуч. Температура плавления составляет 1359 градусов по Цельсию. Для сравнения приведем таблицу, в которой указаны температурные условия для плавления других металлов.
Название | Температура плавления | Температура кипения |
| Олово | 232 | 2 600 |
| Свинец | 327 | 1 750 |
| Медь | 1 084 | 2 562 |
| Никель | 1 455 | 2 913 |
| Серебро | 960 | 2 180 |
| Золото | 1 063 | 2 660 |
| Вольфрам | 3 420 | 5 555 |
Также ferrum имеет хорошие магнетические свойства, из-за чего используется в электротехнических машинах и аппаратах. А высокая прочность придается благодаря воздействию высоких температур при обработке.
Выделяют технически и химически чистый металл. Так, первая разновидность является низкоуглеродистой сталью, так как содержит около 0,03% углерода, а также еще меньшее количество кислорода, азота и других веществ. Химически чистый Fe отличается за счет почти полного отсутствия примесей. Сюда входят менее 0,01% различных веществ. Поэтому оттенок железа получается серебристым, а внешне оно напоминает платину.
Химически чистый материал противостоит ржавчине и отлично справляется с воздействиями разных кислот. Но даже незначительное количество примесей отбирает у него перечисленные характеристики.
Сферы применения
Как уже говорилось выше, этот элемент – один из самых распространенных. Это делает его недорогим, а значит, популярным. Из железа изготавливают сталь, чугун, феррит и другие сплавы. Благодаря особенным свойствам и характеристикам его применяют в различных областях жизнедеятельности.
Наибольшее применение материал нашел в металлургии. Из него производят строительные конструкции, арматуры. Конечно, в чистой форме его практически не применяют. Во-первых, это не выгодно с точки зрения расходов. Во-вторых, феррум легко поддается окислению. В основе изготовления металлоконструкций лежит чугун или сталь.
Феррум зарекомендовал себя в машиностроении: из него сооружают автомобили, корабли, авиатехнику. Также Fe применяют для производства следующих изделий:
- гири, гантели;
- ведра, лопаты;
- башенные краны;
- люки для канализаций;
- железнодорожные рельсы;
- оружие.
И это лишь малая часть предметов, изготавливающихся при помощи железа и его сплавов. Он занимает лидирующие позиции в промышленности.
В заключение
В данной статье мы поговорили о железе и его свойствах. Это популярный металл с отличными эксплуатационными показателями. Из него делают сплавы, ведь он легко поддается ковке. Помимо этого компонент играет значимую роль в организмах живых существ, а также он содержится в гемоглобине, миоглобине и множестве других ферментов.
Надеемся, публикация была интересной. Ждите новых полезных статей на нашем сайте!
| 1. |
Железо как химический элемент
Сложность: лёгкое |
1 |
| 2. |
Соли железа
Сложность: лёгкое |
1 |
| 3. |
Железо как простое вещество
Сложность: среднее |
2 |
| 4. |
Химические свойства оксида трёхвалентного железа
Сложность: среднее |
2 |
| 5. |
Химические свойства гидроксида трёхвалентного железа
Сложность: среднее |
2 |
| 6. |
Железо
Сложность: среднее |
3 |
| 7. |
Химические свойства оксидов и гидроксидов железа
Сложность: среднее |
4 |
| 8. |
Электронное строение атома железа
Сложность: среднее |
4 |
| 9. |
Ионы железа
Сложность: среднее |
4 |
| 10. |
Химические свойства железа
Сложность: среднее |
4 |
Химическое и физические свойства железа
Железо — всем известный химический элемент. Он относится к средним по химической активности металлам. Свойства и применение железа мы рассмотрим в этой статье.
Распространенность в природе
Существует довольно большое количество минералов, в состав которых входит феррум. Прежде всего, это магнетит. Он на семьдесят два процента состоит из железа. Его химическая формула — Fe3O4. Данный минерал еще называют магнитный железняк. Он обладает светло-серым цветом, иногда с темно-серым, вплоть до черного, с металлическим блеском. Наибольшее его месторождение среди стран СНГ находится на Урале.
Следующий минерал с высоким содержанием железа — гематит — он на семьдесят процентов состоит из данного элемента. Его химическая формула — Fe2O3. Его еще называют красным железняком. Он обладает окраской от красно-коричневой до красно-серой. Наибольшее месторождение на территории стран СНГ находится в Кривом Роге.
Третий по содержанию феррума минерал — лимонит. Здесь железа шестдесят процентов от общей массы. Это кристаллогидрат, то есть в его кристаллическую решетку вплетены молекулы воды, его химическая формула — Fe2O3•H2O. Как понятно из названия, данный минерал имеет желто-коричневатый цвет, изредка бурый. Он является одной из главных составляющих природных охр и используется в качестве пигмента. Его также называют бурый железняк. Самые крупные места залегания — Крым, Урал.
В сидерите, так называемом шпатовом железняке, сорок восемь процентов феррума. Его химическая формула — FeCO3. Его структура неоднородна и состоит из соединенных вместе кристаллов разного цвета: серых, бледно-зеленых, серо-желтых, коричнево-желтых и др.
Последний часто встречающийся в природе минерал с высоким содержанием феррума — пирит. Он обладает такой химической формулой FeS2. Железа в нем находится сорок шесть процентов от общей массы. Благодаря атомам серы данный минерал имеет золотисто-желтую окраску.
Многие из рассмотренных минералов применяются для получения чистого железа. Кроме того, гематит используют в изготовлении украшений из натуральных камней. Вкрапления пирита могут иметься в украшениях из лазурита. Кроме этого, в природе железо встречается в составе живых организмов — оно является одним из важнейших компонентов клетки. Данный микроэлемент обязательно должен поступать в организм человека в достаточном количестве. Лечебные свойства железа во многом связаны с тем, что данный химический элемент является основой гемоглобина. Поэтому употребление феррума хорошо сказывается на состоянии крови, а следовательно, и всего организма в целом.
Железо: физические и химические свойства
Рассмотрим по порядку два этих больших раздела. Физические свойства железа — это его внешний вид, плотность, температура плавления и т. д. То есть все отличительные черты вещества, которые связаны с физикой. Химические свойства железа — это его способность вступать в реакцию с другими соединениями. Начнем с первых.
Физические свойства железа
В чистом виде при нормальных условиях это твердое вещество. Оно обладает серебристо-серым цветом и ярко выраженным металлическим блеском. Механические свойства железа включают в себя уровень твердости по шкале Мооса. Она равна четырем (средняя). Железо обладает хорошей электропроводностью и теплопроводностью. Последнюю особенность можно ощутить, дотронувшись до железного предмета в холодном помещении. Так как этот материал быстро проводит тепло, он за короткий промежуток времени забирает большую его часть из вашей кожи, и поэтому вы ощущаете холод.
Дотронувшись, к примеру, до дерева, можно отметить, что его теплопроводность намного ниже. Физические свойства железа — это и его температуры плавления и кипения. Первая составляет 1539 градусов по шкале Цельсия, вторая — 2860 градусов по Цельсию. Можно сделать вывод, что характерные свойства железа — хорошая пластичность и легкоплавкость. Но и это еще далеко не все.Также в физические свойства железа входит и его ферромагнитность. Что это такое? Железо, магнитные свойства которого мы можем наблюдать на практических примерах каждый день, — единственный металл, обладающий такой уникальной отличительной чертой. Это объясняется тем, что данный материал способен намагничиваться под действием магнитного поля. А по прекращении действия последнего железо, магнитные свойства которого только что сформировались, еще надолго само остается магнитом. Такой феномен можно объяснить тем, что в структуре данного металла присутствует множество свободных электронов, которые способны передвигаться.
С точки зрения химии
Данный элемент относится к металлам средней активности. Но химические свойста железа являются типичными и для всех остальных металлов (кроме тех, которые находятся правее водорода в электрохимическом ряду). Оно способно реагировать со многими классами веществ.
Начнем с простых
Феррум вступает во взаимодействие с килородом, азотом, галогенами (йодом, бромом, хлором, фтором), фосфором, карбоном. Первое, что нужно рассмотреть, — реакции с оксигеном. При сжигании феррума образуются его оксиды. В зависимости от условий проведения реакции и пропорций между двумя участниками они могут быть разнообразными. Как пример такого рода взаимодействиям можно привести следующие уравнения реакций: 2Fe + O2 = 2FeO; 4Fe + 3O2 = 2Fe2O3; 3Fe + 2O2 = Fe3O4. И свойства оксида железа (как физические, так и химические) могут быть разнообразными, в зависимости от его разновидности. Такого рода реакции происходят при высоких температурах.
Следующее — взаимодействие с азотом. Оно также может произойти только при условии нагревания. Если взять шесть молей железа и один моль азота, получим два моля нитрида железа. Уравнение реакции будет выглядеть следующим образом: 6Fe + N2 = 2Fe3N.
При взаимодействии с фосфором образуется фосфид. Для проведения реакции необходимы такие компоненты: на три моля феррума — один моль фосфора, в результате образуется один моль фосфида. Уравнение можно записать следующим образом: 3Fe + P = Fe3P.
Кроме того, среди реакций с простыми веществами можно также выделить взаимодействие с серой. При этом можно получить сульфид. Принцип, по которому происходит процесс образования данного вещества, подобен описанным выше. А именно происходит реакция присоединения. Для всех химических взаимодействий подобного рода нужны специальные условия, в основном это высокие температуры, реже — катализаторы.
Также распространены в химической промышленности реакции между железом и галогенами. Это хлорирование, бромирование, йодирование, фторирование. Как понятно из названий самих реакций, это процесс присоединения к атомам феррума атомов хлора/брома/йода/фтора с образованием хлорида/бромида/йодида/фторида соответственно. Данные вещества широко используются в разнообразных отраслях промышленности. Кроме того, феррум способен соединяться с кремнием при высоких температурах. Благодаря тому что химические свойства железа разнообразны, его часто используют в химической отрасли промышленности.
Феррум и сложные вещества
От простых веществ перейдем к тем, молекулы которых состоят из двух и более различных химических элементов. Первое, что нужно упомянуть, — реакцию феррума с водой. Здесь проявляются основные свойства железа. При нагревании воды вместе с железом образуется основный оксид (называется он так потому, что при взаимодействии с той же водой образует гидроксид, по-другому говоря — основание). Итак, если взять по одному молю обоих компонентов, образуются такие вещества, как диоксид феррума и водород в виде газа с резким запахом — также в молярных пропорциях один к одному. Уравнение такого рода реакции можно записать следующим образом: Fe + H2O = FeO + H2. В зависимости от пропорций, в которых смешать эти два компонента, можно получить ди- либо триоксид железа. Оба этих вещества очень распространены в химической промышленности, а также используются во многих других отраслях.
С кислотами и солями
Так как феррум находится левее водорода в электрохимическом ряду активности металлов, он спосособен вытеснять данный элемент из соединений. Примером этому является реакция замещения, которую можно наблюдать при добавлении железа к кислоте. Например, если смешать в одинаковых молярных пропорциях железо и сульфатную кислоту (она же серная) средней концентрации, в результате получим сульфат железа (ІІ) и водород в одинаковых молярных пропорциях. Уравнение такой реакции будет выглядеть таким образом: Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2.
При взаимодействии с солями проявляются восстановительные свойства железа. То есть с помощью него можно выделить менее активный металл из соли. Например, если взять один моль сульфата меди и столько же феррума, то можно получить сульфат железа (ІІ) и чистую медь в одинаковых молярных пропорциях.
Значение для организма
Один из самых распространенных в земной коре химических элементов — железо. Свойства вещества мы уже рассмотрели, теперь подойдем к нему с биологической точки зрения. Феррум выполняет очень важные функции как на клеточном уровне, так и на уровне всего организма. В первую очередь железо является основой такого белка, как гемоглобин. Он необходим для транспорта кислорода по крови от легких ко всем тканям, органам, к каждой клетке организма, в первую очередь к нейронам головного мозга. Поэтому полезные свойства железа невозможно переоценить.
Кроме того что он влияет на кровеобразование, феррум также важен для полноценного функционирования щитовидной железы (для этого нужен не только йод, как некоторые считают). Также железо принимает участие во внутриклеточном обмене веществ, регулирует иммунитет. Еще феррум в особенно большом количестве содержится в клетках печени, так как помогает нейтрализовать вредные вещества. Также он является одним из главных компонентов многих видов ферментов нашего организма. В суточном рационе человека должно содержаться от десяти до двадцати миллиграмм данного микроэлемента.
Продукты, богатые железом
Таких немало. Они есть как растительного, так и животного происхождения. Первые — это злаки, бобовые, крупы (в особенности гречка), яблоки, грибы (белые), сухофрукты, шиповник, груши, персики, авокадо, тыква, миндаль, финики, помидоры, брокколи, капуста, черника, ежевика, сельдерей и др. Вторые — печень, мясо. Употребление продуктов с высоким содержанием железа особенно важно в период беременности, так как организм формирующегося плода требует большого количества данного микроэлемента для полноценного роста и развития.
Признаки недостатка в организме железа
Симптомами слишком маленького количества феррума, поступающего в организм, являются усталость, постоянное замерзание рук и ног, депрессии, ломкость волос и ногтей, снижение интеллектуальной активности, пищеварительные расстройства, низкая работоспособность, нарушения в работе щитовидной железы. Если вы заметили несколько из этих симптомов, то стоит увеличить количество продуктов с содержанием железа в своем рационе либо купить витамины или пищевые добавки с содержанием феррума. Также обязательно нужно обратиться к врачу, если какие-либо из этих симптомов вы ощущаете слишком остро.
Использование феррума в промышленности
Применение и свойства железа тесно связаны. В связи с его ферромагнитностью, его применяют для изготовления магнитов — как более слабых для бытовых целей (сувенирные магниты на холодильник и т. д.), так и более сильных — для промышленных целей. В связи с тем что рассматриваемый металл обладает высокой прочностью и твердостью, его с древности использовали для изготовления оружия, доспехов и других военных и бытовых инструментов. К слову, еще в Древнем Египте было известно метеоритное железо, свойства которого превосходят таковые у обычного металла. Также такое особенное железо использовалось и в Древнем Риме. Из него изготавливали элитное оружие. Щит или меч, выполненный из метеоритного металла, мог иметь только очень богатый и знатный человек.
Вообще, металл, который мы рассматриваем в данной статье, является самым разносторонне используемым среди всех веществ данной группы. Прежде всего, из него изготавливаются сталь и чугун, которые применяются для производства всевозможных изделий, необходимых как в промышленности, так и в повседневной жизни.
Чугуном называется сплав железа и углерода, в котором второго присутствует от 1,7 до 4,5 процента. Если второго меньше, чем 1,7 процента, то такого рода сплав называется сталью. Если углерода в составе присутствует около 0,02 процента, то это уже обыкновенное техническое железо. Присутствие в сплаве углерода необходимо для придания ему большей прочности, термоустойчивости, стойкости к ржавлению.
Кроме того, в стали может содержаться много других химических элементов в качестве примесей. Это и марганец, и фосфор, и кремний. Также в такого рода сплав для придания ему определенных качеств могут быть добавлены хром, никель, молибден, вольфрам и многие другие химические элементы. Виды стали, в которых присутствует большое количество кремния (около четырех процентов), используются в качестве трансформаторных. Те, в составе которых много марганца (вплоть до двенадцати-четырнадцати процентов), находят свое применение при изготовлении деталей железных дорог, мельниц, дробилок и других инструментов, части которых подвержены быстрому стиранию.
Молибден вводят в состав сплава, чтобы сделать его более термоустойчивым — такие стали используются в качестве инструментальных. Кроме того, для получения всем известных и часто используемых в быту в виде ножей и других бытовых инструментов нержавеющих сталей необходимо добавление в сплав хрома, никеля и титана. А для того чтобы получить ударостойкую, высокопрочную, пластичную сталь, достаточно добавить к ней ванадий. При вводе в состав ниобия можно добиться высокой устойчивости к коррозии и воздействию химически агрессивных веществ.
Минерал магнетит, который был упомянут в начале статьи, нужен для изготовления жестких дисков, карт памяти и других устройств подобного типа. Благодаря магнитным свойствам, железо можно найти в устройстве трансформаторов, двигателей, электронных изделий и др. Кроме того, феррум могут добавлять в сплавы прочих металлов для придания им большей прочности и механической устойчивости. Сульфат данного элемента применяют в садоводстве для борьбы с вредителями (наряду с сульфатом меди).
Хлориды железа являются незаменимыми при очистке воды. Кроме того, порошок магнетита используется в черно-белых принтерах. Главный способ применения пирита — получение из него серной кислоты. Данный процесс происходит в лабораторных условиях в три этапа. На первой стадии пирит феррума сжигают, получая при этом оксид железа и диоксид серы. На втором этапе происходит превращение диоксида сульфура в его триоксид при участии кислорода. И на завершающей стадии полученное вещество пропускают через водяной пар в присутствии катализаторов, тем самым и получая серную кислоту.Получение железа
В основном добывают данный металл из двух основных его минералов: магнетита и гематита. Делают это с помощью восстановления железа из его соединений углеродом в виде кокса. Делается это в доменных печах, температура в которых достигает двух тысяч градусов по шкале Цельсия. Кроме того, есть способ восстановления феррума водородом. Для этого необязательно наличие доменной печи. Для осуществления данного метода берут специальную глину, смешивают ее с измельченной рудой и обрабатывают водородом в шахтной печи.
Заключение
Свойства и применение железа разнообразны. Это, пожалуй, самый важный в нашей жизни металл. Став известным человечеству, он занял место бронзы, которая на тот момент была основным материалом для изготовления всех орудий труда, а также оружия. Сталь и чугун во многом превосходят сплав меди с оловом с точки зрения своих физических свойств, устойчивости к механическим воздействиям.
Кроме того, железо на нашей планете более распространено, чем многие другие металлы. Массовая доля его в земной коре составляет почти пять процентов. Это четвертый по распространенности в природе химический элемент. Также данный химический элемент очень важен для нормального функционирования организма животных и растений, прежде всего потому, что на его основе построен гемоглобин. Железо является важнейшим микроэлементом, употребление которого важно для поддержания здоровья и нормальной работы органов. Кроме вышеперечисленного, это единственный металл, который обладает уникальными магнитными свойствами. Без феррума невозможно представить нашу жизнь.
90000 Iron | GreenMedInfo | Substance | Natural Medicine 90001 90002 90003 Nutritional Supplement Safety Again Confirmed by America’s Largest Database 90004 90005 90003 Leaky Gut Syndrome is a rapidly growing condition that millions of people struggle with and do not even know it can lead to many other health conditions. 90004 90008 90003 When magnesium is deficient, things begin to die, but when our body’s magnesium levels are topped off, our body physiology tends to hum along like a racecar yielding higher performance 90004 90011 90003 The herpes virus afflicts millions of people worldwide, causing painful blister-like sores that are often embarrassing.There is no known cure, and medications have a long list of potential side effects and a «take it forever» prescription. Did you know that there is a clinically proven, natural way to provide relief that is growing right under your feet? 90004 90014 90003 Is there anything you can do to stop hair loss? Several simple hair-sparing strategies have proven effective, including correcting common vitamin deficiencies and avoiding toxic insults that can spoil your luxurious locks 90004 90017 90003 Doctors might fail to realize is that the symptoms of depression also double as symptoms of a commonly underdiagnosed condition — namely hypothyroidism 90004 90020 90003 Many women accept these symptoms as an inescapable part of their monthly cycle and remain unaware that they can significantly relieve PMS by becoming proactive about their health.90004 90023 90003 «Losing weight by limiting pleasure is like trying to stop smoking by not breathing.» — Marc David 90004 90026 90003 But NHF is standing in its way … 90004 90029 90003 Implausible Pro-Vaccine Publications Contrasted Against Ignored Public Health Campaigns and Double-Blind Placebo-Controlled Clinical Trials 90004 90032 90003 Ginger — It warms the body, flushes out toxins, boosts our immune system, energizes us and eases our nerves.What other natural health benefits can ginger do for us? 90004 90035 90003 Bayer is facing a cascade of new Roundup cases and a possible rash of shareholder lawsuits by its own investors alleging that Bayer failed to disclose its true liabilities 90004 90038 90003 Can the Codex still be relevant, despite the committees that undermine the Codex’s credibility? 90004 90041 90003 Grains have gotten a bad rap in recent years, with the rise in popularity of paleo and ketogenic diets turning people away from many carbohydrate foods.But oats are an exception to the «no carb» rule. Packed with slow-burning energy, oats are a versatile super food that can fuel an active day and contribute to lifelong disease resistance 90004 90044 90003 From incurable to a cure for an autoimmune disease — why not make lifestyle changes today that can improve your life and vitality? 90004 90047 90003 Incorporating these five herbs and spices into your daily diet may reduce the risk of cardiovascular disease, protect your brain from neurodegeneration, stimulate your immune system and protect against inflammation, among other benefits.Best of all, these ingredients are all easily available and may already exist in your pantry or spice rack 90004 90050 90003 Are genetically modified bacteria, viruses or yeasts proliferating unchecked, creating havoc with our inner worlds? Its very possible, though the precise cause not clear yet. 90004 .