Залізо
Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Залізо - хімічна речовина, яка складається з феруму - хімічного елемента з атомним номером 26, що позначається в хімічних формулах символом Fe[1].
Атомна маса заліза 55,847. Це сріблясто-сірий, пластичний і ковкий метал, який легко окиснюється утворюючи оксиди феруму. Залізо електропровідний метал. Його твердість за Брінеллем не перевищує 100 HB; модуль Юнга 190-210x103 МПа; модуль зсуву 8,4х10-3 МПа; короткочасна міцність на розрив 170-210 МПа, межа текучості - 100 МПа; ударна в'язкість 300 МПа; середня питома теплоємність (273-1273 К) 640,57 Дж/кг·К; густина 7,84. На повітрі окиснюється, покриваючись іржею FeO·nH2O. Серед інших породоутворюючих елементів має максимальну атомну масу.
Зміст |
[ред.] Поширення в природі
За поширеністю в природі ферум займає друге місце серед металів (після алюмінію). На нього припадає 5,10% маси земної кори. За вмістом в земній корі ферум займає 4-е місце. Зустрічається він винятково у вигляді різних сполук. Вільне залізо знаходять лише в метеоритах.
Ферум - поширений елемент метеоритної речовини: в кам'яних метеоритах міститься 25, а в залізних 90,85 мас.% Fe. Космічна поширеність заліза близька до його вмісту в фотосфері Сонця - 627 г/т. Середньопланетна частка феруму в речовині Землі велика - 38,8%. Найбідніша на ферум поверхня Землі.
Найважливішими природними сполуками феруму, що мають промислове значення, є магнітний залізняк Fe3O4, червоний залізняк Fe2O3, бурий залізняк Fe2O3 · nH2O та пірит FeS2. Оксиди феруму служать рудами, з яких добувають залізо, а пірит — сировиною для сульфатно-кислотного виробництва.
Розповсюдженість феруму в гірських породах (% за масою): ультраосновні - 9,85; основні - 8,56; середні - 5,85; кислі - 2,70; лужні - 3,60; осадові - 3,33. Відомо понад 300 мінералів, що містять ферум: оксиди, сульфіди, силікати, фосфати, карбонати та ін.
Найважливіші мінерали феруму: гематит Fe2O3 (70% Fe), магнетит Fe3O4 (72,4% Fe), ґетит FeOOH (62,9% Fe), лепідокрокіт FeO(OH) (62,9% Fe), лімоніт - суміш гідрооксидів Fe з SiO2 та ін. речовинами (40-62% Fe), сидерит FeCO3 (48,2% Fe), ільменіт FeTiO3 (36,8% Fe), шамозит (34-42% FeO), вівіаніт (43,0% FeO), скородит (34,6% Fe2О3), ярозит (47,9% Fe2О3) та ін.
Багаті родовища магнітного залізняку зосереджені на Уралі в районі м. Магнітогорська і в Курській області (так звана Курська магнітна аномалія). Родовища червоного залізняку є в Україні в районі м. Кривий Ріг. Родовища бурого залізняку зосереджені на Керченському півострові. Крім того, потужні родовища залізних руд виявлені і в інших місцях — на Кольському півострові, в Сибіру і на Далекому Сході.
[ред.] Фізичні властивості
Залізо — блискучий сріблясто-білий важкий метал. Густина його 7,86 т/м3; температура плавлення 1538 °C. Залізо досить пластичне. Воно легко кується, штампується, витягується в дріт і прокатується в тонкі листи, легко намагнічується і розмагнічується. Вище температури Кюрі (770 °C) втрачає феромагнітні властивості. До температури 912 °C існує в алотропній модифікації α-заліза з об'ємноцентрованою кубічною кристалічною ґраткою, за вищої температури — γ-заліза із гранецентрованою кубічною ґраткою, вище 1394 °C знову змінює тип ґратки на об'ємноцентровану кубічну.
[ред.] Хімічні властивості
Ферум належить до восьмої групи періодичної системи елементів Менделєєва. Його атоми на зовнішній електронній оболонці мають по два електрони, а на передостанній — 14 електронів. Атоми феруму можуть легко втрачати два електрони і перетворюватись у двовалентні катіони Fe2+. Вони можуть втрачати і три електрони (один з передостанньої оболонки) і перетворюватись у тривалентні катіони Fe3+. Таким чином, залізо утворює два ряди сполук. Сполуки тривалентного феруму стійкіші.
У сухому повітрі при звичайній температурі залізо досить стійке, але у вологому швидко ржавіє, вкриваючись товстим шаром іржі. Іржа є сумішшю оксидів і гідроксидів феруму. Найбільшу частину іржі складає сесквіоксид заліза Fe2O3 і тригідроксид заліза Fe(OH)3. Крім того, до її складу входить монооксид заліза FeO, дигідроксид заліза Fe(OH)2 та інші сполуки. Процес ржавіння заліза можна зобразити такими приблизними рівняннями:
- 2Fe + O2 + 2Н2О = 2Fe(OH)2
- 4Fe(OH)2 + O2 + 2Н2О = 4Fe(OH)3
- Fe(OH)2 = FeO + H2O
- 2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O
Іржа досить крихка і пориста. Тому вона не може ізолювати метал від атмосфери, через що процес ржавіння відбувається безперервно. При високій температурі залізо легко сполучається з киснем, ; утворюючи окалину Fe3O4 (FeO · Fe2O3). В атмосфері кисню розжарена залізна дротина горить яскравим полум'ям, утворюючи теж окалину Fe3O4. При нагріванні залізо може легко реагувати з хлором, сіркою та іншими неметалами:
- 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
- Fe + S = FeS
В електрохімічному ряді напруг залізо стоїть лівіше від водню, тому воно легко реагує з розведеними хлоридною і сульфатною кислотами:
- Fe + 2HCl = FeCl2 + Н2 ↑
- Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2 ↑
З розведеною нітратною кислотою залізо теж легко реагує:
- Fe + HNO3 + 3HNO3 = Fe (NO3)3 + 2H2O + NO ↑
Але з концентрованою нітратною і концентрованою сульфатною кислотами без нагрівання залізо не реагує. Воно стає «пасивним», вкриваючись тонкою оксидною плівкою, яка не розчиняється в кислотах і ізолює метал від дії кислоти. Завдяки цьому концентровану нітратну і концентровану сульфатну кислоту можна зберігати і транспортувати в залізній тарі.
Залізо може відновлювати менш активні метали з розчинів їхніх солей,наприклад: Fe + CuSO4=FeSO4 + Cu
[ред.] Застосування
Залізовуглецеві сплави чавун і сталь - основа конструкцій матеріалів, що застосовуються у всіх галузях промисловості. Сталі містять до 2,14% карбону, чавун - понад 2,14%. Залізо також використовується в різноманітних сплавах із іншими металами. Виробництво заліза та його сплавів складає окремуу галузь промисловості - чорну металургію.
[ред.] Біологічна роль
Ферум життєво важливий хімічний елемент для всіх організмів. В клітинах ферум зазвичай зберігається в центрі метал-протеїнів, оскільки вільний ферум неспецифічно зв'язується із численними хімічними речовинами клітини і може каталізувати утворення токсичних вільних радикалів. Нестача феруму в організмі може призодити до анемії.
У тваринах, рослинах та грибах ферум часто входить до складу гемномго комплексу. Гем - важлива складова частина цитохромних білків, які грають роль посередиників у окисно-відновлювальних реакціях, та білків, які переносять оксиген - гемоглобіну, міоглобіну й леггемоглобіну. Неорганічний ферум також може впливати на окисно-відновлювальні реакції у залізо-сіркових кластерах багатьох ензимів, як, наприклад, нітрогенази.
До негемних протеїнів належать ензими монооксигенази метану, які окиснюють метан до метанолу, рибонуклеотид редуктаза, яка відновлює рибозу до деоксирибози, гемеритріни, які відповідають за транспортування й фіксацію оксигену у морських хребетних та пурпурова кислотна фосфатаза, що каталізує гідроліз ефірів фосфору.
У ссавців розподіл феруму в організмі жорстко регулюється, оскільки ферум потенціально токсичний. Розподіл феруму регулюється ще й тому, що його потребують чимало бактерій, тож обмеження доступу бактерій до цього елементу допомагає запобігти інфекції або обмежити її. Вочевидь це причина відносно малої кількості феруму в молоці ссавців. Основу системи регулювання вмісту феруму складає білок трансферин, який зв'язує залізо й транспортує його до кров'яних клітин.
[ред.] Дивись також
- Ресурси і запаси заліза
- Залізні руди
- Залізо самородне
- Залізо (частина назви мінералів)
- оксиди заліза
- гідроксиди заліза
- солі заліза
- аустеніт
- мартенсит
- Камасит
[ред.] Джерела
- Ф. А. Деркач "Хімія" Л. 1968
[ред.] Примітки
- ↑ ДСТУ 2439-94
 |
Цю статтю необхідно відформатувати, використовуючи мову розмітки Вікі.
Ви можете допомогти проекту, зробивши це!
|
