ВИЗНАЧЕННЯ

Залізо- Елемент восьмої групи четвертого періоду Періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва.

А важкий номер - 26. Символ - Fe (лат. "ferrum"). Один із найпоширеніших у земній корі металів (друге місце після алюмінію).

Фізичні властивості заліза

Залізо – метал сірого кольору. У чистому вигляді воно досить м'яке, ковке та тягуче. Електронна конфігурація зовнішнього енергетичного рівня – 3d 6 4s 2 . У своїх сполуках залізо виявляє ступеня окиснення «+2» та «+3». Температура плавлення заліза – 1539С. Залізо утворює дві кристалічні модифікації: α- та γ-залізо. Перша з них має кубічні об'ємноцентровані грати, друга – кубічні гранецентровані. α-Залізо термодинамічно стійке у двох інтервалах температур: нижче 912 та від 1394С до температури плавлення. Між 912 і 1394С стійке γ-залізо.

Механічні властивості заліза залежать від його чистоти - вмісту в ньому навіть дуже малої кількості інших елементів. Тверде залізо має здатність розчиняти у собі багато елементів.

Хімічні властивості заліза

У вологому повітрі залізо швидко іржавіє, тобто. покривається бурим нальотом гідратованого оксиду заліза, який через свою пухкість не захищає залізо від подальшого окислення. У воді залізо інтенсивно корродує; при рясному доступі кисню утворюються гідратні форми оксиду заліза (III):

2Fe + 3/2O 2 + nH 2 O = Fe 2 O 3 ×H 2 O.

При нестачі кисню або утрудненому доступі утворюється змішаний оксид (II, III) Fe 3 O 4:

3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2 .

Залізо розчиняється у соляній кислоті будь-якої концентрації:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 .

Аналогічно відбувається розчинення у розведеній сірчаній кислоті:

Fe + H2SO4=FeSO4+H2.

У концентрованих розчинах сірчаної кислоти залізо окислюється до заліза (III):

2Fe + 6H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.

Однак у сірчаній кислоті, концентрація якої близька до 100%, залізо стає пасивним і взаємодії практично не відбувається. У розведених та помірно концентрованих розчинах азотної кислоти залізо розчиняється:

Fe + 4HNO 3 = Fe (NO 3) 3 + NO + 2H2O.

При високих концентраціях азотної кислоти розчинення сповільнюється та залізо стає пасивним.

Як і інші метали, залізо вступає в реакції з простими речовинами. Реакції взаємодії заліза з галогенами (незалежно від типу галогену) протікають при нагріванні. Взаємодія заліза з бромом протікає при підвищеному тиску парів останнього:

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3;

3Fe + 4I 2 = Fe 3 I 8 .

Взаємодія заліза із сіркою (порошок), азотом та фосфором також відбувається при нагріванні:

6Fe + N 2 = 2Fe 3 N;

2Fe + P = Fe 2 P;

3Fe + P = Fe 3 P.

Залізо здатне реагувати з такими неметалами, як вуглець та кремній:

3Fe + C = Fe 3 C;

Серед реакцій взаємодії заліза зі складними речовинами особливу роль відіграють наступні реакції - залізо здатне відновлювати метали, що стоять у ряду активності правіше за нього, з розчинів солей (1), відновлювати сполуки заліза (III) (2):

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu(1);

Fe + 2FeCl 3 = 3FeCl 2 (2).

Залізо, при підвищеному тиску, реагує з несолетворним оксидом - СО з утворенням речовин складного складу - карбонілів - Fe(CO) 5 , Fe 2 (CO) 9 і Fe 3 (CO) 12 .

Залізо за відсутності домішок стійке у воді та у розведених розчинах лугів.

Одержання заліза

Основний спосіб отримання заліза – із залізної руди (гематит, магнетит) чи електроліз розчинів його солей (у разі отримують «чисте» залізо, тобто. залізо без домішок).

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

Завдання

Залізна окалина Fe 3 O 4 масою 10 г була спочатку оброблена 150 мл розчину соляної кислоти (щільність 1,1 г/мл) з масовою часткою хлороводню 20%, а потім отриманий розчин додали надлишок заліза. Визначте склад розчину (в % за масою).

Рішення

Запишемо рівняння реакцій відповідно до умови завдання: 8HCl + Fe 3 O 4 = FeCl 2 +2FeCl 3 + 4H 2 O(1); 2FeCl 3 + Fe = 3FeCl 2 (2). Знаючи щільність та об'єм розчину соляної кислоти, можна знайти його масу: m sol (HCl) = V(HCl) × ρ (HCl); m sol (HCl) = 150×1,1 = 165г. Розрахуємо масу хлороводню: m(HCl) = sol (HCl) ×ω(HCl)/100%; m(HCl) = 165×20%/100% = 33 р. Молярна маса (маса одного моль) соляної кислоти, розрахована з допомогою таблиці хімічних елементів Д.І. Менделєєва – 36,5 г/моль. Знайдемо кількість речовини хлороводню: v(HCl) = m(HCl)/M(HCl); v(HCl) = 33/36,5 = 0,904 моль. Молярна маса (маса одного моль) окалини, розрахована з допомогою таблиці хімічних елементів Д.І. Менделєєва – 232 г/моль. Знайдемо кількість речовини окалини: v(Fe 3 O 4) = 10/232 = 0,043 моль. Відповідно до рівняння 1, v(HCl): v(Fe 3 O 4) = 1:8, отже, v(HCl) = 8 v(Fe 3 O 4) = 0,344 моль. Тоді кількість речовини хлоророду, розрахована за рівнянням (0,344 моль) буде меншою, ніж зазначена в умові завдання (0,904 моль). Отже, соляна кислота є надлишком і протікатиме ще одна реакція: Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 (3). Визначимо кількість речовини хлоридів заліза, що утворюються внаслідок першої реакції (індексами позначимо конкретну реакцію): v 1 (FeCl 2): ​​v (Fe 2 O 3) = 1: 1 = 0,043 моль; v 1 (FeCl 3): v (Fe 2 O 3) = 2: 1; v 1 (FeCl 3) = 2×v (Fe 2 O 3) = 0,086 моль. Визначимо кількість хлороводню, яке не прореагувало в реакції 1 та кількість речовини хлориду заліза (II), що утворилося в ході реакції 3: v rem (HCl) = v(HCl) – v 1 (HCl) = 0,904 – 0,344 = 0,56 моль; v 3 (FeCl 2): ​​v rem (HCl) = 1:2; v 3 (FeCl 2) = 1/2×v rem (HCl) = 0,28 моль. Визначимо кількість речовини FeCl 2 , що утворилася в ході реакції 2, загальна кількість речовини FeCl 2 та її масу: v 2 (FeCl 3) = v 1 (FeCl 3) = 0,086 моль; v 2 (FeCl 2): ​​v 2 (FeCl 3) = 3:2; v 2 (FeCl 2) = 3/2× v 2 (FeCl 3) = 0,129 моль; v sum (FeCl 2) = v 1 (FeCl 2) + v 2 (FeCl 2) + v 3 (FeCl 2) = 0,043+0,129+0,28 = 0,452 моль; m(FeCl 2) = v sum (FeCl 2) ×M(FeCl 2) = 0,452×127 = 57,404 р. Визначимо кількість речовини та масу заліза, що вступив у реакції 2 та 3: v 2 (Fe): v 2 (FeCl 3) = 1:2; v 2 (Fe) = 1/2× v 2 (FeCl 3) = 0,043 моль; v 3 (Fe): v rem (HCl) = 1:2; v 3 (Fe) = 1/2×v rem (HCl) = 0,28 моль; v sum (Fe) = v 2 (Fe) + v 3 (Fe) = 0,043 +0,28 = 0,323 моль; m(Fe) = vsum (Fe) ×M(Fe) = 0,323 ×56 = 18,088 р. Обчислимо кількість речовини та масу водню, що виділився в реакції 3: v(H 2) = 1/2×v rem (HCl) = 0,28 моль; m(H 2) = v(H 2) × M(H 2) = 0,28 × 2 = 0,56 р. Визначаємо масу отриманого розчину m' sol та масову частку FeCl 2 у ньому: m' sol = m sol (HCl) + m(Fe3O4) + m(Fe) – m(H2);

Сургутський Державний Університет

Кафедра хімії

РЕФЕРАТ

по темі:

Залізо

Виконав:

Бондаренко М.О.

Перевірив:

Щербакова Л.П.

Сургут, 2000
У періодичній системі залізо знаходиться у четвертому періоді, у побічній підгрупі VIII групи.

Хімічний знак – Fe (ферум). Порядковий номер – 26, електронна формула 1s 2 2s 2 2p 6 3d 6 4s 2 .

Електронно-графічна формула

Валентні електрони в атома заліза знаходяться на останньому електронному шарі ( 4s 2) та передостанньому ( 3d 6). У хімічних реакціях залізо може віддавати ці електрони і виявляти ступеня окиснення +2, +3 і іноді +6.

Знаходження у природі.

Залізо є другим за поширеністю металом у природі (після алюмінію). У вільному стані залізо зустрічається лише у метеоритах, що падають на землю. Найважливіші природні сполуки:

Fe 2 O 3 · 3H 2 O - бурий залізняк;

Fe 2 O 3 – червоний залізняк;

Fe 3 O 4 (FeO · Fe 2 O 3) - магнітний залізняк;

FeS 2 – залізний колчедан (пірит).

Сполуки заліза входять до складу живих організмів.

Одержання заліза.

У промисловості залізо отримують відновленням його із залізних руд вуглецем (коксом) та оксидом вуглецю (II) у доменних печах. Хімізм доменного процесу наступний:

C + O 2 = CO 2

CO2+C=2CO.

3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2

Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2

FeO + CO = Fe + CO2.

Фізичні властивості.

Залізо – сріблясто-сірий метал, має велику ковкість, пластичність і сильні магнітні властивості. Щільність заліза – 7,87 г/см 3 температура плавлення 1539°С.

Хімічні властивості.

У реакціях залізо є відновником. Однак при звичайній температурі воно не взаємодіє навіть із найактивнішими окислювачами (галогенами, киснем, сіркою), але при нагріванні стає активним і реагує з ними:

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3 Хлорид заліза (III)

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 (FeO · Fe 2 O 3) Оксид заліза (II,III)

Fe + S = FeS Сульфід заліза (II)

За дуже високої температури залізо реагує з вуглецем, кремнієм та фосфором:

3Fe + C = Fe 3 C Карбід заліза (цементит)

3Fe + Si = Fe 3 Si Силицид заліза

3Fe + 2P = Fe 3 P 2 Фосфід заліза (II)

Залізо реагує із складними речовинами.

У вологому повітрі залізо швидко окислюється (кородує):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O = 4Fe(OH) 3 ,

Fe(OH) 3 = Fe

O - H + H 2 O

Іржа

Залізо знаходиться в середині електрохімічного ряду напруг металів, тому є металом середньої активності. Відновлювальна здатність у заліза менша, ніж у лужних, лужноземельних металів та у алюмінію. Тільки за високої температури розпечене залізо реагує з водою:

3Fe + 4H 2 O = Fe 3 O 4 + 4H 2

Залізо реагує з розведеними сірчаною та соляною кислотами, витісняючи з кислот водень:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2

Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2

За нормальної температури залізо не взаємодіє з концентрованою сірчаною кислотою, оскільки пасивується нею. При нагріванні концентрована H 2 SO 4 окислює залізо до сульфіту заліза (III):

2Fe + 6H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.

Розведена азотна кислота окислює залізо до нітрату заліза (III):

Fe + 4HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + NO + 2H2O.

Концентрована азотна кислота пасивує залізо.

З розчинів солей залізо витісняє метали, які розташовані правіше за нього в електрохімічному ряді напруг:

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu, Fe 0 + Cu 2+ = Fe 2+ + Cu 0 .

З'єднання заліза (II)

Оксид заліза (II) FeO- Чорна кристалічна речовина, нерозчинна у воді. Оксид заліза (II) одержують відновленням оксиду заліза(II,III) оксидом вуглецю (II):

Fe3O4+CO=3FeO+CO2.

Оксид заліза (II) – основний оксид, що легко реагує з кислотами, при цьому утворюються солі заліза(II):

FeO + 2HCl = FeCl 2 + H 2 O, FeO + 2H + = Fe 2+ + H 2 O.

Гідроксид заліза (II) Fe(OH)2– порошок білого кольору, що не розчиняється у воді. Отримують його із солей заліза (II) при взаємодії їх із лугами:

FeSO 4 + 2NaOH = Fe(OH) 2 + Na 2 SO 4 ,

Fe 2+ + 2OH - = Fe(OH) 2 ¯.

Гідроксид заліза () Fe(OH)2 виявляє властивості основи, легко реагує з кислотами:

Fe(OH) 2 + 2HCl = FeCl 2 + 2H 2 O,

Fe(OH) 2 + 2H + = Fe 2+ + 2H 2 O.

При нагріванні гідроксид заліза (II) розкладається:

Fe(OH) 2 = FeO + H 2 O.

З'єднання зі ступенем окиснення заліза +2 виявляють відновлювальні властивості, оскільки Fe 2+ легко окислюються до Fe +3:

Fe +2 - 1e = Fe +3

Так, свіжоотриманий зелений осад Fe(OH)2 повітря дуже швидко змінює забарвлення – буріє. Зміна забарвлення пояснюється окисленням Fe(OH) 2 у Fe(OH) 3 киснем повітря:

4Fe +2 (OH) 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe +3 (OH) 3 .

Відновлювальні властивості виявляють і солі двовалентного заліза, особливо при дії окисників у кислотному середовищі. Наприклад, сульфат заліза (II) відновлює перманганат калію в сірчанокислотному середовищі до сульфату марганцю (II):

10Fe +2 SO 4 + 2KMn +7 O 4 + 8H 2 SO 4 = 5Fe +3 2 (SO 4) 3 + 2Mn +2 SO 4 + K 2 SO 4 + 8H 2 O.

Якісна реакція на катіон заліза (ІІ).

Реактивом для визначення катіону заліза Fe2+ є гексаціано (III) феррат калію (червона кров'яна сіль).

3FeSO 4 + 2K 3 = Fe 3 2 ¯ + 3K 2 SO 4 .

При взаємодії іонів 3 з катіонами заліза Fe 2+ утворюється темно-синій осад – турнбулева синь:

3Fe 2+ +2 3- = Fe 3 2 ¯

З'єднання заліза (III)

Оксид заліза (III) Fe 2 O 3– порошок бурого кольору, що не розчиняється у воді. Оксид заліза (III) одержують:

А) розкладанням гідроксиду заліза (III):

2Fe(OH) 3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O

Б) окисленням піриту (FeS 2):

4Fe +2 S 2 -1 + 11O 2 0 = 2Fe 2 +3 O 3 + 8S +4 O 2 -2 .

Fe +2 – 1e ® Fe +3

2S -1 – 10e ® 2S +4

O 2 0 + 4e ® 2O -2 11e

Оксид заліза (III) виявляє амфотерні властивості:

А) взаємодіє з твердими лугами NaOH та KOH та з карбонатами натрію та калію при високій температурі:

Fe 2 O 3 + 2NaOH = 2NaFeO2 + H 2 O,

Fe 2 O 3 + 2OH - = 2FeO 2- + H 2 O,

Fe 2 O 3 + Na 2 CO 3 = 2NaFeO 2 + CO 2 .

Ферріт натрію

Гідроксид заліза (III)одержують із солей заліза (III) при взаємодії їх із лугами:

FeCl 3 + 3NaOH = Fe(OH) 3 + 3NaCl,

Fe 3+ + 3OH - = Fe(OH) 3 ¯.

Гідроксид заліза (III) є більш слабкою основою, ніж Fe(OH) 2 і виявляє амфотерні властивості (з переважанням основних). При взаємодії з розведеними кислотами Fe(OH) 3 легко утворює відповідні солі:

Fe(OH) 3 + 3HCl « FeCl 3 + H 2 O

2Fe(OH) 3 + 3H 2 SO 4 « Fe 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O

Fe(OH) 3 + 3H + « Fe 3+ + 3H 2 O

Реакції з концентрованими розчинами лугів протікають лише за тривалого нагрівання. При цьому виходять стійкі гідрокомплекси з координаційним числом 4 або 6:

Fe(OH) 3 + NaOH = Na,

Fe(OH) 3 + OH - = - ,

Fe(OH) 3 + 3NaOH = Na 3 ,

Fe(OH) 3 + 3OH - = 3-.

З'єднання зі ступенем окиснення заліза +3 виявляють окисні властивості, тому що під дією відновників Fe +3 перетворюється на Fe +2:

Fe+3+1e = Fe+2.

Так, наприклад, хлорид заліза (III) окислює йодид калію до вільного йоду:

2Fe +3 Cl 3 + 2KI = 2Fe +2 Cl 2 + 2KCl + I 2 0

Якісні реакції на катіон заліза (III)

А) Реактивом для виявлення катіону Fe 3+ є гексаціано (II) феррат калію (жовта кров'яна сіль) K 2 .

При взаємодії іонів 4 з іонами Fe 3+ утворюється темно-синій осад – берлінська блакить :

4FeCl 3 + 3K 4 « Fe 4 3 ¯ +12KCl,

4Fe 3+ + 3 4- = Fe 4 3 ¯.

Б) Катіони Fe 3+ легко виявляються за допомогою роданіду амонію (NH 4 CNS). В результаті взаємодії іонів CNS-1 з катіонами заліза (III) Fe3+ утворюється малодіссоціюючий роданід заліза (III) криваво-червоного кольору:

FeCl 3 + 3NH 4 CNS « Fe(CNS) 3 + 3NH 4 Cl,

Fe 3+ + 3CNS 1- «Fe(CNS) 3 .

Застосування та біологічна роль заліза та його сполук.

Найважливіші сплави заліза – чавуни та сталі – є основними конструкційними матеріалами практично у всіх галузях сучасного виробництва.

Хлорид заліза (III) FeCl 3 застосовується для очищення води. В органічному синтезі FeCl 3 застосовується як каталізатор. Нітрат заліза Fe(NO 3) 3 · 9H 2 O використовують при фарбуванні тканин.

Залізо є одним з найважливіших мікроелементів в організмі людини та тварин (в організмі дорослої людини міститься у вигляді сполук близько 4 г Fe). Воно входить до складу гемоглобіну, міоглобіну, різних ферментів та інших складних залізобілкових комплексів, що знаходяться в печінці та селезінці. Залізо стимулює функцію кровотворних органів.

Список використаної литературы:

1. «Хімія. Посібник репетитор». Ростов-на-Дону. "Фенікс". 1997 рік.

2. «Довідник для вступників до вузів». Москва. "Вища школа", 1995 рік.

3. Е.Т. Оганесян. «Керівництво з хімії вступників до вузів». Москва. 1994 рік.

Визначення. Історія. Геохімія. Властивості заліза. Місце народження. Фізичні та Хімічні властивості. З'єднання. Застосування заліза.

Залізо

Залізо — елемент восьмої групи (за старою класифікацією — побічною підгрупою восьмої групи) четвертого періоду періодичної системи хімічних елементівД. І. Менделєєва з атомним номером 26. Позначається символом Fe(Лат. Ferrum). Один із найпоширеніших у земній корі металів (друге місце після алюмінію).
Проста речовина залізо (CAS-номер: 7439-89-6) — ковкий метал сріблясто-білого кольору з високою хімічною реакційною здатністю: залізо швидко корродує при високих температурах або при високій вологості на повітрі. У чистому кисні залізо горить, а в дрібнодисперсному стані самозаймається і на повітрі.
Власне, залізом зазвичай називають його сплави з малим вмістом домішок (до 0,8%), які зберігають м'якість та пластичність чистого металу. Але на практиці частіше застосовуються сплави заліза з вуглецем: сталь (до 2,14 вага. % вуглецю) і чавун (більше 2,14 вага. % вуглецю), а також нержавіюча (легована) сталь з добавками легуючих металів (хром, марганець, нікель та ін). Сукупність специфічних властивостей заліза та її сплавів роблять його «металом № 1» за важливістю людини.
У природі залізо рідко зустрічається у чистому вигляді, найчастіше воно зустрічається у складі залізо-нікелевих метеоритів. Поширеність заліза в земній корі - 4,65% (4 місце після O, Si, Al). Вважається також, що залізо становить більшу частину земного ядра.

Історія.Залізо, як інструментальний матеріал, відоме з найдавніших часів. Найдавніші вироби із заліза, знайдені при археологічних розкопках, датуються 4-м тисячоліттям до н. е. і відносяться до давньошумерської та давньоєгипетської цивілізацій. Це виготовлені з метеоритного заліза, тобто сплаву заліза та нікелю (зміст останнього коливається від 5 до 30 %), прикраси з єгипетських гробниць (близько 3800 до н. е.) та кинджал з шумерського міста Ура (близько 3100 до н.е.). е.). Від небесного походженняметеоритного заліза відбувається, мабуть, одна з назв заліза в грецькій та латинській мовах: «сидер» (що означає «зоряний»).

Вироби із заліза, отриманого виплавкою, відомі з часу розселення арійських племен з Європи в Азію, острови Середземного моря, і далі (кінець 4-го і 3-го тисячоліття до н.е. в кам'яній кладці піраміди Хеопса в Єгипті (побудована близько 2530 року до н. е..) Як показали розкопки в Нубійській пустелі, вже в ті часи єгиптяни, намагаючись відокремити золото, що видобувається, від важкого магнетитового піску, прожарювали руду з висівками і рудами з висівками. вуглець В результаті на поверхні розплаву золота випливав шар тістоподібного заліза, який обробляли окремо, з цього заліза кувалися гармати, у тому числі знайдені в піраміді Хеопса, проте після онука Хеопса Менкаура (2471-2465 р. до н.е.) в Єгипті наступила смута: знати на чолі зі жерцями бога Ра скинула правлячу династію, і почалася чехарда узурпаторів, що закінчилася царювання фараона наступної династії Усеркара, якого жерці оголосив і сином і втіленням самого бога Ра (з того часу це стало офіційним статусом фараонів). В ході цієї смути культурні та технічні знання єгиптян занепали, і, так само як деградувало мистецтво будівництва пірамід, технологія виробництва заліза була втрачена, аж до того, що пізніше, освоюючи в пошуках мідної руди Синайський півострів, єгиптяни не звернули жодної уваги на які були там поклади залізняку, а отримували залізо від сусідніх хетів і мітаннійців.
Перші освоїли метод виплавки заліза хати, це вказує найдавніше (2-е тисячоліття е.) згадка заліза у текстах хетів, які заснували свою імперію біля хаттів (сучасної Анатолії Туреччини). Так, у тексті хетського царя Анітти (близько 1800 року до н.е.) йдеться:
У давнину майстрами залізних виробів мали славу халіби. У легенді про аргонавтів (їх похід у Колхіду відбувся приблизно за 50 років до троянської війни) розповідається, що цар Колхіди Еет дав Ясону залізний плуг, щоб він зорав поле Ареса, і описуються його піддані халібери:
Вони не орють землю, не садять плодові дерева, не пасуть череди на опасистих луках; вони видобувають руду та залізо з необробленої землі та вимінюють на них продукти харчування. День не починається для них без тяжкої праці, у темряві ночі та густому диму проводять вони, працюючи весь день.
Аристотель описав їх спосіб одержання сталі: «халіби кілька разів промивали річковий пісок їхньої країни — цим виділяючи чорний шліх (важка фракція що складається переважно з магнетиту і гематиту), і плавили печах; отриманий таким чином метал мав сріблястий колір і був нержавіючим».
В якості сировини для виплавки стали використовувалися магнетитові піски, які часто зустрічаються по всьому узбережжю Чорного моря: ці магнетитові піски складаються із суміші дрібних зерен магнетиту, титано-магнетиту або ільменіту, і уламків інших порід, так що сплав, що виплавляється халібами, була легованою, і мала Чудові якості. Такий своєрідний спосіб отримання заліза свідчить, що халіби лише поширили залізо як технологічний матеріал, та його спосіб було бути шляхом повсюдного промислового виробництва металевих изделий. Однак їхнє виробництво послужило поштовхом для подальшого розвитку металургії заліза.
Климент Олександрійський у своїй енциклопедичній праці «Стромати» згадує, що за грецькими переказами залізо (мабуть, виплавка його з руди) було відкрито на горі Іді — так називався гірський ланцюг біля Трої (в Іліаді він згадується як гора Іда, з якою Зевс спостерігав за битвою греків із троянцями). Сталося це через 73 роки після Девкаліонового потопу, а цей потоп, згідно з Паросской хронікою, був у 1528 до н. е., тобто метод виплавки заліза з руди було відкрито приблизно 1455 року до зв. е. Однак з опису Климента не ясно, чи говорить він саме про цю гору в Передній Азії (Іда Фригійська у Вергілія), або ж про гору Іда на острові Кріт, про яку римський поет Вергілій в Енеїді пише як про прабатьківщину троянців:
«Острів Юпітера, Крета, лежить серед широкого моря,
Нашого племені там колиска, де височіє Іда…»
Більш ймовірно, що Климент Олександрійський говорить саме про фригійську Іду біля Трої, оскільки там було знайдено стародавні залізні копальні та вогнища залізоробного виробництва. Перше письмове свідоцтво про залозу є в глиняних табличках архіву єгипетських фараонів Аменхотепа III і Ехнатона, і відноситься до того ж часу (1450-1400 до н. Е..). Там згадується про вироблення заліза на півдні Закавказзя, яке греки називали Колхідою (і можливо, що слово «kolhidos» може бути модифікацією слова «halibos») — а саме, що цар країни Мітанні та володар Вірменії та Південного Закавказзя послав єгипетському фараону Аменхотепу разом із 318 наложницями кинджали та кільця з доброго заліза». Такі ж подарунки фараонам дарували і хети.
У найглибшій старовині залізо цінувалося дорожче золота, і за описом Страбона, у африканських племен за 1 фунт заліза давали 10 фунтів золота, а, за дослідженнями історика Г. Арешяна, вартості міді, срібла, золота і заліза у древніх хетів були у співвідношенні 1: 160 : 1280: 6400. У ті часи залізо використовувалося як ювелірний метал, з нього робили трони та інші регалії царської влади: наприклад, у біблійній книзі Повторення Закону 3,11 описаний «одр залізний» рефаїмського царя Ога.
У гробниці Тутанхамона (близько 1350 до н. е.) було знайдено кинджал із заліза в золотій оправі — можливо, подарований хетами в дипломатичних цілях. Але хети не прагнули широкого поширення заліза та його технологій, що видно і з листування єгипетського фараона Тутанхамона і його тестя Хаттусиля — царя хетів. Фараон просить прислати більше заліза, а цар хетів ухильно відповідає, що запаси заліза вичерпалися, а ковалі зайняті на сільськогосподарських роботах, тому він може виконати прохання царського зятя, і посилає лише один кинджал з «хорошого заліза» (тобто стали). Як видно, хети намагалися використати свої знання для досягнення військових переваг, і не давали іншим зрівнятися з ними. Мабуть, тому залізні вироби набули широкого поширення лише після Троянської війни та падіння держави хетів, коли завдяки торговій активності греків технологія заліза стала відомою багатьом, і було відкрито нові родовища заліза та рудники. Так на зміну «Бронзовому» віку настав вік «Залізний».
За описами Гомера, хоча під час Троянської війни (приблизно 1250 до н. е.) зброя була в основному з міді та бронзи, але залізо вже було добре відоме і користувалося великим попитом, хоча більше як дорогоцінний метал. Наприклад, у 23-й пісні «Іліади» Гомер розповідає, що Ахілл нагородив диском із залізної криці переможця у змаганні з метання диска. Це залізо ахейці добували у троянців та суміжних народів (Іліада 7,473), у тому числі у халібо.
Можливо, залізо було однією з причин, що спонукали греків-ахейців рушити до Малої Азії, де вони дізналися секрети його виробництва. А розкопки в Афінах показали, що вже близько 1100 до н. е. і пізніше вже були поширені залізні мечі, списи, сокири, і навіть залізні цвяхи. У біблійній книзі Ісуса Навина 17,16 (пор. Суддів 14,4) описується, що філістимляни (біблійні «PILISTIM», а це були протогрецькі племена, споріднені з пізніми еллінами, переважно пеласги) мали безліч залізних колісниць, тобто в це Залізо вже стало широко застосовуватися у великих кількостях.
Гомер називає залізо багатотрудним, тому що в давнину основним методом його одержання був сиродутний процес: переміжні шари >залізної руди і деревного вугілля прожарювалися в спеціальних печах (горнах - від древнього "Horn" - ріг, труба, спочатку це була просто труба, вирита в землі, зазвичай горизонтально у схилі яру). У горні оксиди заліза відновлюються до металу розпеченим вугіллям, який відбирає кисень, окислюючись до окису вуглецю, і в результаті такого прожарювання руди з вугіллям виходило тістоподібне кричне (губчасте) залізо. Крицю очищали від шлаків куванням, видавлюючи домішки сильними ударами молота. Перші горни мали порівняно низьку температуру - помітно менше температури плавлення чавуну, тому залізо виходило порівняно маловуглецевим. Щоб отримати міцну сталь, доводилося багато разів прожарювати і проковувати залізну крицю з вугіллям, при цьому поверхневий шар металу додатково насичувався вуглецем і зміцнювався. Так виходило «хороше залізо» — і це вимагало великих праць, вироби, отримані в такий спосіб, були значно міцнішими і твердими, ніж бронзові.
Надалі навчилися робити більш ефективні печі (російською мовою — домна, домниця) для виробництва сталі, і застосували хутра для подачі повітря в горн. Вже римляни вміли доводити температуру печі до плавлення сталі (близько 1400 градусів, а чисте залізо плавиться при 1535 градусах). При цьому утворюється чавун з температурою плавлення 1100-1200 градусів, дуже тендітний у твердому стані (навіть не піддається ковці) і не має пружності сталі. Спочатку його вважали шкідливим побічним продуктом, але потім виявилося, що при повторному переплавленні в печі з посиленим продуванням через нього повітря, чавун перетворюється на сталь гарної якості, тому що зайвий вуглець вигоряє. Такий двостадійний процес виробництва сталі з чавуну виявився простішим і вигіднішим, ніж кричний, і цей принцип використовується без особливих змін багато століть, залишаючись і до наших днів основним способом виробництва залізних матеріалів.

Ізотопи

Природне залізо складається з чотирьох стабільних ізотопів: 54Fe (ізотопна поширеність 5,845%), 56Fe (91,754%), 57Fe (2,119%) та 58Fe (0,282%). Також відомо більше 20 нестабільних ізотопів заліза з масовими числами від 45 до 72, найбільш стійкі з яких - 60Fe (період напіврозпаду за уточненими в 2009 році даними становить 2,6 мільйона років), 55Fe (2,737 року), 59Fe (44,49) та 52Fe (8,275 години); решта ізотопів мають період напіврозпаду менше 10 хвилин.
Ізотоп заліза 56Fe відноситься до найбільш стабільних ядра: всі наступні елементи можуть зменшити енергію зв'язку на нуклон шляхом розпаду, а всі попередні елементи, в принципі, могли б зменшити енергію зв'язку на нуклон за рахунок синтезу. Вважають, що залізом закінчується ряд синтезу елементів у ядрах нормальних зірок, проте наступні елементи можуть утворитися лише результаті вибухів наднових.

Геохімія заліза

Залізо — один із найпоширеніших елементів у Сонячній системі, особливо на планетах земної групи, зокрема на Землі. Значна частина заліза планет земної групи перебуває у ядрах планет, де його вміст, за оцінками, близько 90%. Вміст заліза у земній корі становить 5 %, а мантії близько 12 %. З металів залізо поступається за поширеністю в корі лише алюмінію. При цьому в ядрі знаходиться близько 86% заліза, а в мантії 14%. Вміст заліза значно підвищується у вивержених породах основного складу, де він пов'язаний з піроксеном, амфіболом, олівіном та біотитом. У промислових концентраціях залізо накопичується протягом багатьох екзогенних і ендогенних процесів, які у земної корі. У морській воді залізо міститься у дуже малих кількостях 0,002-0,02 мг/л. У річковій воді трохи вище – 2 мг/л.

Геохімічні властивості заліза

Найважливіша геохімічна особливість заліза — наявність у нього кількох ступенів окиснення. Залізо в нейтральній формі - металеве - складає ядро ​​землі, можливо, є в мантії і дуже рідко зустрічається в земній корі. Закисне залізо FeO - основна форма знаходження заліза в мантії та земній корі. Окисное залізо Fe2O3 притаманно найвищих, найбільш окислених, частин земної кори, зокрема, осадових порід.
За кристалохімічними властивостями іон Fe2+ близький до іонів Mg2+ та Ca2+ — інших основних елементів, що становлять значну частину всіх земних порід. Через кристалохимического подібності залізо замінює магній і, частково, кальцій у багатьох силікатах. При цьому вміст заліза у мінералах змінного складу зазвичай збільшується із зменшенням температури.
Мінерали заліза. У земній корі залізо поширене досить широко — його частку припадає близько 4,1 % маси земної кори (4-е місце серед всіх елементів, 2-е серед металів). У мантії та земній корі залізо зосереджено головним чином у силікатах, при цьому його вміст значно в основних та ультраосновних породах, і мало – у кислих та середніх породах.
Відомо велика кількість руд та мінералів, що містять залізо. Найбільше практичне значення мають червоний залізняк (гематит, Fe2O3; містить до 70 % Fe), магнітний залізняк (магнетит, FeFe2O4, Fe3O4; містить 72,4 % Fe), бурий залізняк або лимоніт (гетит та гідрогетит, відповідно FeOOH та FeOOH·nH ). Гетит і гідрогетит найчастіше зустрічаються в корах вивітрювання, утворюючи так звані «залізні капелюхи», потужність яких сягає кількох сотень метрів. Також вони можуть мати осадове походження, випадаючи з колоїдних розчинів в озерах або прибережних зонах морів. У цьому утворюються оолітові, чи бобові, залізні руди. Вони часто зустрічається вівіаніт Fe3(PO4)2·8H2O, що утворює чорні подовжені кристали і радіально-променисті агрегати.
У природі також поширені сульфіди заліза — пірит FeS2 (сірчаний чи залізний колчедан) і пирротин. Вони не є залізною рудою – пірит використовують для отримання сірчаної кислоти, а пірротин часто містить нікель та кобальт.
За запасами залізняку Росія посідає перше місце світі.
Вміст заліза в морській воді - 1 · 10-5-1 · 10-8%.
Інші мінерали заліза, що часто зустрічаються:

• Сидерит - FeCO3 - містить приблизно 35% заліза. Має жовтувато-білий (з сірим або коричневим відтінком у разі забруднення) кольором. Щільність дорівнює 3 г/см і твердість 3,5-4,5 за шкалою Мооса.
• Марказит – FeS2 – містить 46,6 % заліза. Зустрічається у вигляді жовтих, як латунь, біпірамідальних ромбічних кристалів із щільністю 4,6-4,9 г/см³ та твердістю 5-6 за шкалою Моосу.
• Леллінгіт - FeAs2 - містить 27,2% заліза і зустрічається у вигляді сріблясто-білих біпірамідальних ромбічних кристалів. Щільність дорівнює 7-7,4 г/см3, твердість 5-5,5 за шкалою Мооса.
• Міспікель – FeAsS – містить 34,3% заліза. Зустрічається у вигляді білих моноклинних призм із щільністю 5,6—6,2 г/см³ та твердістю 5,5—6 за шкалою Мооса.
• Мелантерит - FeSO4 · 7H2O - рідше зустрічається в природі і являє собою зелені (або сірі через домішки) моноклінні кристали, що володіють скляним блиском, крихкі. Щільність дорівнює 1,8-1,9 г/см3.
• Вівіаніт — Fe3(PO4)2·8H2O — зустрічається у вигляді синьо-сірих або зелено-сірих моноклинних кристалів із щільністю 2,95 г/см³ та твердістю 1,5—2 за шкалою Моосу.

Основні родовища

За даними Геологічної служби США (оцінка 2011 р.), світові розвідані запаси залізняку складають близько 178 млрд тонн. Основні родовища заліза знаходяться у Бразилії (1 місце), Австралії, США, Канаді, Швеції, Венесуелі, Ліберії, Україні, Франції, Індії. У Росії залізо видобувається на Курській магнітній аномалії (КМА), Кольському півострові, Карелії та Сибіру, ​​в Україні - Кривбас, Полтавська область, Керченський півострів. Значну роль останнім часом набувають донні океанські родовища, у яких залізо разом із марганцем та інші цінними металами перебуває у конкреціях.

Отримання. У промисловості залізо одержують із залізної руди, в основному з гематиту (Fe2O3) та магнетиту (FeO·Fe2O3).

Існують різні способи вилучення заліза із руд. Найбільш поширеним є доменний процес.
Перший етап виробництва – відновлення заліза вуглецем у доменній печі за температури 2000 °C. У доменній печі вуглець у вигляді коксу, залізна руда у вигляді агломерату або котунів і флюс (наприклад, вапняк) подаються зверху, а знизу їх зустрічає потік гарячого повітря, що нагнітається.
У печі вуглець як коксу окислюється до монооксиду вуглецю. Даний оксид утворюється при горінні в нестачі кисню:

У свою чергу монооксид вуглецю відновлює залізо з руди. Щоб ця реакція йшла швидше, нагрітий чадний газ пропускають через оксид заліза (III):

Флюс додається для позбавлення від небажаних домішок (у першу чергу від cілікатів; наприклад, кварц) у руді, що добувається. Типовий флюс містить вапняк (карбонат кальцію) та доломіт (карбонат магнію). Для усунення інших домішок використовують інші флюси.
Дія флюсу (в даному випадку карбонат кальцію) полягає в тому, що при нагріванні він розкладається до його оксиду:

Оксид кальцію з'єднується з діоксидом кремнію, утворюючи шлак - метасилікат кальцію:

Шлак, на відміну діоксиду кремнію, плавиться в печі. Більш легкий, ніж залізо, шлак плаває лежить на поверхні — це властивість дозволяє розділяти шлак від металу. Шлак потім може використовуватися при будівництві та сільському господарстві. Розплав заліза, отриманий в доменній печі, містить багато вуглецю (чавун). Крім таких випадків, коли чавун використовується безпосередньо, він потребує подальшої переробки.
Надлишки вуглецю та інші домішки (сірка, фосфор) видаляють із чавуну окисленням у мартенівських печах чи конвертерах. Електричні печі використовуються для виплавки легованих сталей.
Окрім доменного процесу, поширений процес прямого одержання заліза. У цьому випадку попередньо подрібнену руду змішують з особливою глиною, формуючи котуни. Окатиші обпалюють і обробляють у шахтній печі гарячими продуктами конверсії метану, які містять водень. Водень легко відновлює залізо:
,
при цьому не відбувається забруднення заліза такими домішками як сірка та фосфор, які є звичайними домішками в кам'яному куті. Залізо виходить у твердому вигляді, і надалі переплавляється в електричних печах.
Хімічно чисте залізо виходить електроліз розчинів його солей.

Фізичні властивості

Залізо – типовий метал, у вільному стані – сріблясто-білого кольору з сіруватим відтінком. Чистий метал пластичний, різні домішки (зокрема вуглець) підвищують його твердість і крихкість. Має яскраво виражені магнітні властивості. Часто виділяють так звану «тріаду заліза» - групу трьох металів (залізо Fe, кобальт Co, нікель Ni), що мають схожі фізичні властивості, атомні радіуси і значення електронегативності.
Для заліза характерний поліморфізм, він має чотири кристалічні модифікації:

• до 769 °C існує α-Fe (ферит) з об'ємноцентрованими кубічними гратами та властивостями феромагнетика (769 °C ≈ 1043 K — точка Кюрі для заліза);
• у температурному інтервалі 769-917 °C існує β-Fe, який відрізняється від α-Fe тільки параметрами об'ємноцентрованих кубічних ґрат та магнітними властивостями парамагнетика;
• у температурному інтервалі 917—1394 °C існує γ-Fe (аустеніт) з гранецентрованими кубічними ґратами;
• вище 1394 °C стійко δ-Fe з об'ємоцентрованими кубічними гратами.

Металознавство не виділяє β-Fe як окрему фазу і розглядає її як різновид α-Fe. При нагріванні заліза або сталі вище точки Кюрі (769 °C ≈ 1043 K) тепловий рух іонів засмучує орієнтацію спінових магнітних моментів електронів, феромагнетик стає парамагнетиком - відбувається фазовий перехід другого роду, але фазового переходу першого роду зі зміною основних фізичних параметрів кристалів не відбувається.
Для чистого заліза за нормального тиску, з погляду металознавства, існують такі стійкі модифікації:

• від абсолютного нуля до 910 °C стійка α-модифікація з об'ємноцентрованими кубічними (ОЦК) кристалічними ґратами;
• від 910 до 1400 °C стійка γ-модифікація з гранецентрованими кубічними (ГЦК) кристалічними гратами;
• від 1400 до 1539 °C стійка δ-модифікація з об'ємноцентрованими кубічними (ОЦК) кристалічними гратами.

Наявність у сталі вуглецю та легуючих елементів істотно змінює температури фазових переходів (див. фазову діаграму залізо-вуглець). Твердий розчин вуглецю в α- і δ-залізі називається феритом. Іноді розрізняють високотемпературний -ферит і низькотемпературний -ферит (або просто ферит), хоча їх атомні структури однакові. Твердий розчин вуглецю в γ-залізі називається аустеніт.

• В області високих тисків (понад 13 ГПа, 128,3 тис. атм.) виникає модифікація ε-заліза з гексагональними щільноупакованими (ГПУ) ґратами.

Явище поліморфізму надзвичайно важливе для металургії сталі. Саме завдяки α-γ переходам кристалічних ґрат відбувається термообробка сталі. Без цього явища залізо як основа сталі не набуло б такого широкого застосування.
Залізо відноситься до помірно тугоплавких металів. Серед стандартних електродних потенціалів залізо стоїть до водню і легко реагує з розведеними кислотами. Таким чином, залізо відноситься до металів середньої активності.
Температура плавлення заліза 1539 ° C, температура кипіння - 2862 ° C.

Хімічні властивості

Характерні ступені окислення

Для заліза характерні ступені окислення заліза - +2 та +3.
Ступеня окиснення +2 відповідає чорний оксид FeO і зелений гідроксид Fe(OH)2. Вони мають основний характер. У солях Fe(+2) є у вигляді катіону. Fe(+2) – слабкий відновник.
Ступені окиснення +3 відповідають червоно-коричневий оксид Fe2O3 та коричневий гідроксид Fe(OH)3. Вони носять амфотерний характер, хоч і кислотні, і основні властивості вони виражені слабо. Так, іони Fe3+ націло гідролізуються навіть у кислому середовищі. Fe(OH)3 розчиняється (і то не повністю), тільки в концентрованих лугах. Fe2O3 реагує з лугами тільки при сплавленні, даючи ферити (формальні солі неіснуючої у вільному вигляді кислоти HFeO2):

Залізо (+3) найчастіше виявляє слабкі окисні властивості.
Ступені окислення +2 і +3 легко переходять між собою за зміни окисно-відновних умов.
Крім того, існує оксид Fe3O4, формальний рівень окислення заліза в якому +8/3. Однак цей оксид можна також розглядати як ферит заліза (II) Fe+2(Fe+3O2)2.
Також існує ступінь окиснення +6. Відповідного оксиду та гідроксиду у вільному вигляді не існує, але отримані солі – ферати (наприклад, K2FeO4). Залізо (+6) знаходиться у них у вигляді аніону. Феррат є сильними окислювачами.

З'єднання заліза (II)

Оксид заліза(II) FeO має основні властивості, йому відповідає основа Fe(OH)2. Солі заліза (II) мають світло-зелений колір. При їх зберіганні, особливо у вологому повітрі, вони коричневіють за рахунок окиснення до заліза (III). Такий самий процес протікає при зберіганні водних розчинів солей заліза(II):

З солей заліза(II) у водних розчинах стійка сіль Мора - подвійний сульфат амонію та заліза(II) (NH4)2Fe(SO4)2·6Н2O.
Реактивом на іони Fe2+ у розчині може бути гексаціаноферрат(III) калію K3 (червона кров'яна сіль). При взаємодії іонів Fe2+ і 3-випадає осад гексаціаноферрата (III) калію-заліза (II) (берлінська блакит):

який внутрішньомолекулярно перегрупується в гексаціаноферрат (II) калію-заліза (III):

Для кількісного визначення заліза (II) у розчині використовують фенантролін Phen, що утворює із залізом (II) червоний комплекс FePhen3 (максимум світлопоглинання - 520 нм) у широкому діапазоні рН (4-9).

З'єднання заліза (III)

Оксид заліза(III) Fe2O3 слабко амфотерен, йому відповідає ще слабша, ніж Fe(OH)2, основа Fe(OH)3, яка реагує з кислотами:

Солі Fe3+ схильні до утворення кристалогідратів. Вони іон Fe3+ зазвичай оточений шістьма молекулами води. Такі солі мають рожевий чи фіолетовий колір.
Іон Fe3+ повністю гідролізується навіть у кислому середовищі. При рН>4 цей іон практично повністю осаджується у вигляді Fe(OH)3:

При частковому гідролізі іона Fe3+ утворюються багатоядерні оксо- та гідроксокатіони, через що розчини набувають коричневого кольору.
Основні властивості гідроксиду заліза(III) Fe(OH)3 виражені дуже слабко. Він здатний реагувати лише з концентрованими розчинами лугів:

Гідроксокомплекси заліза(III), що утворюються при цьому, стійкі тільки в сильно лужних розчинах. При розведенні розчинів водою вони руйнуються, причому осад випадає Fe(OH)3.
При сплавленні з лугами та оксидами інших металів Fe2O3 утворює різноманітні ферити:

З'єднання заліза(III) у розчинах відновлюються металевим залізом:

Залізо(III) здатне утворювати подвійні сульфати з однозарядними катіонами типу галунів, наприклад, KFe(SO4)2 - залізокалієві галун, (NH4)Fe(SO4)2 - залізоамонійні галун і т. д.
Для якісного виявлення у розчині сполук заліза(III) використовують якісну реакцію іонів Fe3+ з неорганічними тіоціанатами SCN−. При цьому утворюється суміш яскраво-червоних роданідних комплексів заліза 2+, +, Fe(SCN)3, -. Склад суміші (отже, і інтенсивність її фарбування) залежить від різних факторів, тому для точного якісного визначення заліза цей метод не застосовується.
Іншим якісним реактивом на іони Fe3+ є гексаціаноферрат(II) калію K4 (жовта кров'яна сіль). При взаємодії іонів Fe3+ та 4−випадає яскраво-синій осад гексаціаноферату (II) калію-заліза (III):

Кількісно іони Fe3+ визначають за освітою червоних (у слабокислому середовищі) або жовтих (у слаболужному середовищі) комплексів із сульфосаліциловою кислотою. Ця реакція вимагає грамотного підбору буферів, так як деякі аніони (зокрема, ацетат) утворюють із залізом та сульфосаліциловою кислотою змішані комплекси зі своїми оптичними характеристиками.

З'єднання заліза (VI)

Ферати - солі не існує у вільному вигляді залізної кислоти H2FeO4. Це сполуки фіолетового кольору, що за окисними властивостями нагадують перманганати, а по розчинності - сульфати. Одержують ферати при дії газоподібного хлору або озону на завись Fe(OH)3 у лугу:

Ферати також можна отримати електролізом 30%-ного розчину лугу на залізному аноді:

Ферати - сильні окисники. У кислому середовищі розкладаються із кисню:

Окисні властивості ферратів використовують для знезараження води.

Застосування

Залізо — один із найбільш застосовуваних металів, на нього припадає до 95 % світового металургійного виробництва.

• Залізо є основним компонентом сталей та чавунів - найважливіших конструкційних матеріалів.
• Залізо може входити до складу сплавів на основі інших металів, наприклад, нікелевих.
• Магнітний окис заліза (магнетит) - важливий матеріал у виробництві пристроїв довгострокової комп'ютерної пам'яті: жорстких дисків, дискет тощо.
• Ультрадисперсний порошок магнетиту використовується в багатьох чорно-білих лазерних принтерах у суміші з полімерними гранулами як тонер. Тут одночасно використовується чорний колір магнетиту та його здатність прилипати до намагніченого валика перенесення.
• Унікальні феромагнітні властивості ряду сплавів на основі заліза сприяють їх широкому застосуванню в електротехніці для магнітопроводів трансформаторів та електродвигунів.
• Хлорид заліза (III) (хлорне залізо) використовується в радіоаматорській практиці для травлення друкованих плат.
• Семиводний сульфат заліза (залізний купорос) у суміші з мідним купоросом використовується для боротьби зі шкідливими грибками у садівництві та будівництві.
• Залізо застосовується як анод в залізо-нікелевих акумуляторах, залізо-повітряних акумуляторах.
• Водні розчини хлоридів двовалентного та тривалентного заліза, а також його сульфатів використовуються як коагулянти в процесах очищення природних та стічних вод на водопідготовці промислових підприємств.

Цілі уроку:

• Ознайомити учнів із елементом побічної групи Періодичної системи – залізом, його будовою, властивостями.
• Знати перебування заліза у природі, способи його отримання, застосування, фізичні властивості.
• Вміти давати характеристику заліза як побічної підгрупи.
• Вміти доводити хімічні властивості заліза та його сполук, записувати рівняння реакцій у молекулярному, іонному, окисно-відновному вигляді.
• Розвивати вміння учнів складати рівняння реакцій за участю залози, сформувати знання учнів про якісні реакції на іони залози.
• Виховувати інтерес до предмета.

Обладнання:залізо (порошок, шпилька, пластина), сірка, колба з киснем, соляна кислота, сульфат залози (II), хлорид залози (III), гідроксид натрію, червона та жовта кров'яні солі.

ХІД УРОКУ

I. Організаційний момент

ІІ. Перевірка домашнього завдання

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

1. Вступ учителя.

- Значення заліза у житті, його роль історії цивілізації. Одним із найпоширеніших металів у земній корі є залізо. Застосовувати його почали набагато пізніше за інші метали (міді, золота, цинку, свинцю, олова), що, швидше за все, пояснюється малою подібністю руди заліза з металом. Первісним людям було дуже важко здогадатися, що з руди можна отримати метал, який успішно можна використовувати при виготовленні різних предметів, далася взнаки відсутність інструментів і необхідних пристосувань для організації такого процесу. До того часу, коли людина навчилася отримувати з руди залізо та виготовляти з нього сталь та чавун, минуло досить тривалий час.
На даний момент залізняк є необхідною сировиною для чорної металургії, тими корисними копалинами, обходитися без яких не зможе жодна розвинена промислова країна. За рік світовий видобуток залізняку складає приблизно 350 000 000 тонн. Використовуються для виплавки заліза (вміст вуглецю 0,2-0,4 %), чавуну (2,5-4% вуглецю), сталі (2,5-1,5 % вуглецю) Сталь має більш широке застосування у промисловості, ніж залізо та чавун, тому й більший попит на її виплавку.
Для виплавки чавуну із залізних руд використовуються домни, які працюють на кам'яному вугіллі або коксі, переплавлення сталі та заліза із чавуну відбувається у відбивних мартенівських печах, безсемерівських конверторах або способом Томаса.
Чорні метали та його метали мають велике значення у житті та розвитку людського суспільства. Різні предмети побуту та широкого вжитку виготовляються із заліза. Для будівництва кораблів, літаків, залізничного транспорту, автомобілів, мостів, залізниць, різних будівель, обладнання та іншого, використовуються сотні мільйонів тонн сталі та чавуну. Немає такої галузі сільського господарства та промисловості, у якій не застосовувалися залізо та її різні сплави.
Небагато мінерали, що часто зустрічаються в природі, мають у своєму складі залізо, є саме залізною рудою. До таких мінералів можна віднести: бурий залізняк, гематит, магнетит, інші, що утворюють великі родовища і займають великі площі.
Хімічне відношення магнетиту або магнітного залізняку, що має залізо – чорний колір і унікальна властивість – магнітність, є сполукою, що складається з окису та закису заліза. У природному середовищі його можна зустріти як у вигляді зернистих або суцільних мас, так і у вигляді сформованих кристалів. Залізна руда найбільш багата на вміст металевого заліза магнетиту (до 72%).
Найбільші у нашій країні родовища магнетитових руд перебувають на Уралі, у горах Висока, Благодать, Магнітна, у деяких районах Сибіру – басейні річки Ангара, Гірської Шорії, біля Кольського півострова.

2. Робота із класом. Характеристика заліза як хімічного елемента

а) Положення в періодичній системі:

Завдання 1.Визначити становище заліза у Періодичній системі?

Відповідь:Залізо розташоване в 4-му великому періоді, парному ряду, 8-й групі, побічній групі.

б) будова атома:

Завдання 2.Замалювати склад і будову атома заліза, електронні формули та комірки.

Відповідь: Fe +3 2) 8) 14) 2) метал

р = 26
е = 26
n = (56 - 26) = 30

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2

Запитання.На яких шарах заліза розташовані валентні електрони? Чому?

Відповідь.Валентні електрони розташовані на останньому та передостанньому шарах, оскільки це елемент побічної підгрупи.

Залізо відносять до d-елементів, воно входить до складу тріади елементів – металів (Fe-Co-Ni);

в) окиснювально-відновлювальні властивості заліза:

Запитання.Чим є залізо-окислювач чи відновник? Які ступеня окиснення та валентність виявляє?

Відповідь:

Fe 0 - 2e = Fe +3) відновник
Fe 0 - 3e = Fe +3
с.о.+2,+3; валентність = II та III, валентність 7 – не виявляє;

г) сполуки заліза:

FeO – основний оксид
Fe(OH) 2 – нерозчинна основа
Fe 2 O 3 – оксид ознаками амфотерності
Fe(OH) 3 – основа з ознаками амфотерності
Летючі водневі сполуки- Ні.

д) перебування у природі.

Залізо є другим за поширеністю металом у природі (після алюмінію). У вільному стані залізо зустрічається тільки в метеоритах.

FeO*3HO – бурий залізняк,
FeO – червоний залізняк,
FeO (FeO*FeO) – магнітний залізняк,
FeS – залізний колчедан (пірит)

Сполуки заліза входять до складу живих організмів.

3. Характеристика простої речовини заліза

а) будова молекули, тип зв'язку, тип кристалічних ґрат; (самостійно)

б) фізичні властивості заліза

Залізо – сріблясто-сірий метал, має велику ковкість, пластичність і сильні магнітні властивості. Щільність заліза – 7,87г/см 3 температура плавлення 1539 t про С.

в) хімічні властивості заліза:

Атоми заліза в реакціях віддають електрони і виявляють ступеня окиснення + 2 + 3 і іноді + 6.
У реакціях залізо є відновником. Однак при звичайній температурі воно не взаємодіє навіть з найактивнішими окислювачами (галогенами, киснем, сірою), але при нагріванні стає активними і реагує з ними:

2Fe +3Cl 2 = 2FeCl 3 Хлорид заліза(III)
3Fe + 2O 2 = Fe 2 O 3 (FeO*Fe O) Оксид заліза(III)
Fe +S = FeS Сульфід заліза(II)

За дуже високої температури залізо реагує з вуглецем, кремнієм і фосфором.

3Fe + C = Fe 3 C Карбід заліза (цементит)
3Fe + Si = Fe 3 Si Силицид заліза
3Fe + 2P = Fe 3 P 2 Фосфід заліза

Залізо реагує із складними речовинами.
У вологому повітрі залізо швидко скислюється (кородує):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O = 4Fe(OH) 3
Fe(OH) 3 ––> FeOOH + H 2 O
Іржа

Залізо знаходиться в середині електрохімічного ряду напруг металів, тому є металом середньої активності.Відновлювальна здатність у заліза менша, ніж у лужних, лужноземельних металів і у алюмінію. Тільки за високої температури розпечене залізо реагує з водою:

3Fe + 4H 2 O = Fe 3 O 4 + 4H 2

Залізо реагує з розведеними сірчаною та соляною кислотами, витісняючи їх водень:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2
Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2
Fe 0 + 2H + = Fe 2+ + H 2 0

За нормальної температури залізо не взаємодіє з концентрованою сірчаною кислотою, оскільки пасивується нею. При нагріванні концентрована сірчана кислота окислює залізо до сульфату заліза(III):

2Fe + 6H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Розведена азотна кислота окислює залізо до нітрату заліза(III):

Fe + 4HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O

Концентрована азотна кислота пасивує залізо.

З розчинів солей залізо витісняє метали, які розташовані правіше за нього в електрохімічному ряді напруг:

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu,

г) застосування заліза (самостійно)

д) отримання (разом із учнями)

У промисловості залізо отримують відновленням його із залізних руд вуглецем (коксом) та оксидом вуглецю (II) у доменних печах.
Хімізм доменного процесу наступний:

C + O = CO
CO + C = 2CO
3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2
Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2
FeO + CO = Fe + CO 2

4. З'єднання заліза

Хімічні властивості цих сполук.

Доповнення.З'єднання заліза(II) нестійкі, вони можуть окислюватися і переходити в сполуки заліза(III)

Fe +2 Cl 2 + Cl 2 = Fe +3 Cl 3 скласти будинки окиснювально-відновлювальні
Fe +2 (OH) + H 2 O + O 2 = Fe +3 (OH) 3 схеми зрівняти.

Хімічні властивості цих сполук

Також якісною реакцією на Fe +2 служить реакція солей заліза (II) з речовиною, яка називається червоною кров'яною сіллю K 3 – це комплексне з'єднання.

3FeCl + 2K 3 = Fe 3 ,"de":["HY7CqWc6WfE"],"es":["zhomCMDQurk","cFsKQvX-sH8","o2GN1FUPJH8"],"pt":["uIEIrciTwOc"," ],"fr":["31nvESQbbG8","1FmdeA4K5gg"],"ro":["6HNFpOmTS2c","YAlG-FBbUWc","YAlG-FBbUWc"])