Железо PDF Печать E-mail
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ - Железо, кобальт, никель
Автор: SergeiMegan   
10.06.2008 16:41
Железо
 

Железо — после алюминия самый распространенный в природе металл. Содержание железа в земной коре составляет 4,65%. Основными минералами железа являются следующие:
1) магнетит (магнитный железняк) Fe3O4 содержит до 72% железа — большие месторождения этой руды в нашей стране находятся на Урале;
2) гематит (красный железняк) Fe2O3 содержит до 70% железа, наиболее мощное месторождение — Криворожское;
3) лимонит (бурый железняк) Fe2O3•Н2О содержит до 60% железа, крупные месторождения в Крыму и на Урале;
4) пирит FeS2 содержит примерно 46% железа;
5) сидерит (шпатовый железняк) содержит 48% железа.
Известны другие минералы железа, но менее богатые им. Руды, содержащие менее 45% железа, относятся к бедным рудам и обычно в промышленных целях не используются. Железо входит также в состав животных и растительных организмов. Так, в организме человека железо входит в состав гемоглобина, который является компонентом крови.

Физические свойства

Железо в свободном состоянии представляет собой серебристо-белый блестящий металл. Обладает хорошей пластичностью. Железо обладает ярко выраженными ферромагнитными свойствами, т.е. под воздействием магнитного поля намагничивается и по прекращении действия поля сохраняет магнитные свойства, само становится магнитом.
Железо состоит из четырех стабильных изотопов с массовыми числами 54, 56 (основной), 57 и 58. Применяют радиоактивные изотопы 5526Fe и 5926Fe.

Химические свойства

Железо, отдавая два внешних электрона, проявляет степень окисления +2; отдавая три электрона (два внешних и один сверхоктетный с предпоследнего энергетического уровня), проявляет степень окисления +3.
Fe-2e-Fe+2 Fe-3e-Fe+3
Электронные структуры 3d- и 4s-орбиталей атома железа и ионов Fe+2 и Fe+3 можно изобразить так:


Другие степени окисления для железа не характерны.
• По химическим свойствам железо является весьма активным металлом. В сухом воздухе при температуре до 200°С на поверхности компактного железа образуется тончайшая оксидная пленка, защищающая металл от дальнейшего окисления. При воздействии влаги и кислорода воздуха подвергается сильной коррозии и покрывается рыхлой пленкой ржавчины, представляющей собой гидроксиды железа, которые не защищают его от дальнейшего окисления. Железо постепенно окисляется по всей своей массе:
4Fe+3O2+6Н2O=4Fe(OH)3
Разработан ряд методов защиты этого ценнейшего металла от коррозии.
При слабом нагревании железо взаимодействует с хлором и другими галогенами, проявляя степень окисления +3:
2Fe+3Cl2 = 2FeCl3
Железо при нагревании реагирует с серой:
Fe+S=FeS
При высокой температуре — с углем, кремнием, фосфором:
3Fe+C=Fe3C
Карбид железа называется цементит. Это твердое вещество серого цвета, очень хрупкое и тугоплавкое.
Раскаленное железо в чистом кислороде энергично сгорает с образованием железной окалины:
4Fe+3O2=2Fe2O3
В ряду напряжений железо располагается левее водорода. Оно легко подвергается действию разбавленных кислот, превращаясь в соль железа (II):
Fe+2HCl=FeCl2+H2
С концентрированными серной и азотной кислотами железо не реагирует. Эти кислоты создают на поверхности металла такую прочную и плотную пленку оксида, что металл становится совершенно пассивным и уже не вступает в другие реакции.
Растворяется железо в разбавленной азотной кислоте, образуя соль железа (III), воду и продукт восстановления азотной кислоты—NH4NO3:
8Fe+30HNO3=8Fe(NO3)3+3NH4NO3+9H2O


При высокой температуре (700-900°С) железо реагирует с парами воды:
3Fe+4Н2O=Fe3O4+4Н2
С металлами и неметаллами железо образует сплавы, имеющие исключительное большое значение в народном хозяйстве.
Важнейшими сплавами железа являются его сплавы с углеродом — различные чугуны и стали. Основное отличие чугуна от стали — в содержании углерода: в чугуне содержится более 2% углерода, в стали менее 1,5-2%.
Большое значение имеют ферросплавы: ферросилиций (сплав железа с кремнием), феррохром (сплав железа с хромом), ферромарганец (сплав железа с марганцем).
Ферросплавы содержат от 10 до 50% соответствующего компонента. Ферросплавы применяются в основном при «раскислении» стали и как легирующие примеси.
Среди чугунов различают литейные и передельные. Литейный чугун используется для отливок различных деталей, передельный переплавляется на сталь, так как обладает очень высокой твердостью, не поддается обработке. Передельный чугун белого цвета, а литейный — серого. Передельный чугун содержит больше марганца.
Стали бывают углеродистые и легированные. Углеродистые стали обычно представляют собой сплав железа с углеродом, а легированные содержат легирующие добавки, т.е. примеси других металлов, придающие стали более ценные свойства. Ванадий
придает стали ковкость, упругость, устойчивость при закалке, вольфрам и молибден — твердость и жаропрочность. Стали с добавками циркония очень упруги и пластичны, их используют для изготовления броневых плит. Примеси марганца делают сталь устойчивой к удару и трению. Бор повышает режущие свойства инструментальных сталей.
Иногда даже незначительные примеси редких металлов при. дают стали новые свойства. Если выдержать стальную деталь в порошке бериллия при температуре 900-1000°С, то твердость и износоустойчивость стали сильно повышается.
Хромоникелиевые, или, как их еще называют, нержавеющие, стали устойчивы к коррозии. Сильно вредят стали примеси серы и фосфора — они делают металл хрупким.

LAST_UPDATED2
 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить