Железо является одним из самых важных и широко распространенных химических элементов на Земле. Но что такое железо - тело или вещество? Давайте разберемся.
Железо как химический элемент
В периодической системе химических элементов железо обозначается символом Fe (лат. Ferrum). Это элемент с порядковым номером 26 и атомной массой 55,845. Атом железа имеет следующую электронную структуру: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2.
Железо - металл серебристо-белого цвета. Оно обладает высокой пластичностью, ковкостью и хорошо поддается механической обработке. В чистом виде железо химически малоактивно, однако способно ржаветь на воздухе.
В зависимости от температуры железо может находиться в 3 аллотропных модификациях - α-железо, γ-железо и δ-железо. При нормальных условиях стабильное α-железо имеет объемно-центрированную кубическую кристаллическую решетку.
Соединения железа
К наиболее известным неорганическим соединениям железа относятся:
- Оксиды железа (II) и железа (III)
- Хлориды, сульфаты и карбонаты железа
- Ферраты - соли железа в высшей степени окисления +6
В органической химии широко применяются комплексные соединения железа, такие как ферроцен и различные производные порфиринов.
Железо в природе
Основные железные руды, из которых добывают железо:
| Гематит | Fe2O3 |
| Магнетит | Fe3O4 |
| Лимонит | 2Fe2O3·3H2O |
Добыча железной руды ведется открытым и подземным способом. Затем руда подвергается обогащению для повышения содержания железа.
Один из основных металлургических процессов - выплавка чугуна в доменных печах. Чугун затем перерабатывают в сталь в конвертерах или мартеновских печах.
Железо - один из самых используемых металлов, на него приходится до 95% мирового металлургического производства.
Кроме доменного процесса распространено прямое восстановление железа из руды водородом в шахтных печах.
Применение железа
Железо широко используется в машиностроении, металлургии, энергетике. Из железа изготавливают детали машин и механизмов, корпуса судов, автомобилей.
В строительной отрасли применяют стальную арматуру для железобетонных конструкций, листовое железо для кровель, облицовок и др.
Существует множество бытовых изделий из железа - кастрюли, сковороды, утюги, инструменты.
Биологическая роль железа
Железо является важным микроэлементом для всех живых организмов. Оно входит в состав гемоглобина, переносящего кислород с кровью. Также железо присутствует во многих ферментах, ускоряющих биохимические реакции.
Недостаток железа в рационе человека может привести к анемии. Избыток железа также опасен, вызывая перегрузку печени и других органов.
Продукты и добавки с железом
Основные природные источники железа:
- Печень и мясо животных
- Бобовые культуры
- Злаковые
- Овощи и зелень
Железо также содержится в специальных пищевых добавках вроде гематогена и ферроплекса, которые назначают при анемиях.
Интересные факты о железе
Определение железа как химического элемента было впервые сформулировано в 1789 году Антуаном Лавуазье. Формула железа Fe происходит от латинского названия Ferrum.
Самородное железо встречается в виде железных метеоритов. Крупнейший из них, найденный в Гренландии, весит 60 тонн.
В древние времена железо ценилось на вес золота. Первые железные орудия значительно повысили производительность труда и дали толчок развитию человеческой цивилизации.
Производство стали
После выплавки чугуна из железной руды его дополнительно перерабатывают для получения стали - важнейшего конструкционного материала. Для этого служат мартеновские печи и конвертеры.
В них происходит окисление примесей в чугуне, главным образом углерода и кремния. За счет этого повышается содержание железа в сплаве и улучшаются механические свойства.
Легирование стали
Добавлением различных химических элементов-легирующих компонентов можно придать стали нужные свойства.
Например, хром, никель и марганец повышают прочность, вольфрам и молибден увеличивают твердость при высоких температурах.
Электролитическое получение железа
Химически чистое железо может быть получено электролизом водных растворов его солей. На катод осаждаются атомы железа.
Однако этот процесс энергоемок и применяется лишь для особо чистого железа в лабораторных или специальных технических целях.
Железо в искусстве и культуре
На протяжении веков железо почиталось в мифологии и фольклоре разных народов. Ему приписывались магические свойства.
В скульптуре и архитектуре широко использовались чугун и кованое железо. До сих пор сохранились уникальные образцы художественной ковки.
Будущее железа
В современном мире трудно найти область человеческой деятельности, где бы не применялось железо.
Ожидается дальнейшее расширение производства высокопрочных сталей и изделий из них при одновременном снижении металлоемкости.
Вместо заключения
Итак, что же такое железо? С точки зрения химии, железо - это простое вещество, химический элемент с атомной массой 55,845. А вот отдельный кусок или изделие из железа уже представляет собой физическое тело.
Железо играет исключительно важную роль как в неживой природе, так и в жизни растений, животных и человека. Трудно переоценить значение этого металла в современном мире.
