Познат на хората от древни времена: учените приписват древни битови предмети, изработени от този материал, към 4-то хилядолетие пр.н.е.

Невъзможно е да си представим човешкия живот без желязо. Смята се, че желязото се използва за промишлени цели по-често от другите метали. Най-важните конструкции са направени от него. Желязото също се намира в малки количества в кръвта. Именно съдържанието на двадесет и шестия елемент оцветява кръвта в червено.

Физични свойства на желязото

Желязото изгаря в кислород, образувайки оксид:

3Fe + 2O₂ = Fe3O₄.

При нагряване желязото може да реагира с неметали:

Също така при температура 700-900 °C реагира с водна пара:

3Fe + 4H₂O = Fe3O₄ + 4H₂.

Железни съединения

Както е известно, железните оксиди имат йони с две степени на окисление: +2 и + 3. Да знаете това е изключително важно, тъй като за различните елементи ще се извършват напълно различни качествени реакции.

Качествени реакции към желязото

Необходима е качествена реакция, за да може лесно да се определи наличието на йони на едно вещество в разтвори или примеси на друго. Нека разгледаме качествените реакции на двувалентно и тривалентно желязо.

Качествени реакции към желязо (III)

Съдържанието на железни йони в разтвор може да се определи с помощта на алкали. Ако резултатът е положителен, се образува основа - железен (III) хидроксид Fe(OH)3.

Железен (III) хидроксид Fe(OH)3

Полученото вещество е неразтворимо във вода и има кафяв цвят. Това е кафявата утайка, която може да показва наличието на железни йони в разтвора:

FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)3↓+ 3NaCl.

Fe(III) йони могат също да се определят с помощта на K3.

Разтвор на железен хлорид се смесва с жълтеникав разтвор на кръвна сол. В резултат на това можете да видите красива синкава утайка, което ще покаже, че в разтвора присъстват железни йони. Ще намерите грандиозни експерименти за изследване на свойствата на желязото.

Качествени реакции към желязо (II)

Fe²⁺ йони реагират с червена кръвна сол K4. Ако при добавяне на сол се образува синкава утайка, тогава тези йони присъстват в разтвора.

(т.нар. метеоритно желязо, което съдържа повече от 90% Fe). В съединения с кислород и други елементи той е широко разпространен в много минерали и руди. Той е третият най-разпространен елемент в земната кора (5,00%) (след силиций и алуминий); Смята се, че ядрото на земята се състои главно от желязо. Основните минерали са хематит (червена желязна руда) Fe 2 O 3; лимонит Fe 2 O 3 · nH 2 O (n = 1 - 4), съдържащ се например в блатна руда; магнетит (магнитна желязна руда) Fe 3 O 4 и сидерит FeCO 3 . Най-често срещаният железен минерал, въпреки че не е източникът на неговото производство, е пиритът (сярен пирит, железен пирит) FeS 2, който понякога се нарича злато на глупак или котешко злато заради жълтия му блясък, въпреки че в действителност често съдържа малки примеси от мед , злато, кобалт и други метали.

СВОЙСТВА НА ЖЕЛЯЗОТО
Атомно число	26
Атомна маса	55,847
Изотопи:
стабилен	54, 56, 57, 58
нестабилен	52, 53, 55, 59
Точка на топене, °C	1535
Точка на кипене, °C	3000
Плътност, g/cm3	7,87
Твърдост (по Моос)	4,0-5,0
Съдържание в земната кора, % (маса)	5,00
Степен на окисление:
Характеристика	+2, +3
други значения	+1, +4, +6

История

Желязото (елементно) е познато и използвано от праисторически времена. Първите железни предмети вероятно са направени от метеоритно желязо под формата на амулети, бижута и работни инструменти. Преди около 3500 години човекът е открил начин да превърне червения пръст, съдържащ железен оксид, в метал. Оттогава огромен брой различни продукти са направени от желязо. Тя играе важна роля в развитието на материалната култура на човечеството. В наши дни желязото се топи главно (95%) от руди под формата на чугун и стомана и се получава в относително малки количества чрез редукция на метализирани пелети, а чистото желязо се получава чрез термично разлагане на неговите съединения или електролиза на соли .

Имоти

Металното желязо е сиво-бяло, лъскаво, твърдо, пластично вещество. Желязото кристализира в три модификации (α, γ, δ). α-Fe има обемно центрирана кубична кристална решетка, химически стабилна до 910°C. При 910°C α-Fe се трансформира в γ-Fe, което е стабилно в диапазона 910-1400°C; γ-Fe кристализира в лицево-центрирана кубична кристална решетка. При температури над 1400°C се образува δ-Fe с решетка, по същество подобна на тази на α-Fe. Желязото е феромагнитно; лесно се магнетизира, но губи магнитните си свойства, когато магнитното поле бъде премахнато. С повишаване на температурата магнитните свойства на желязото се влошават и над 769°C е практически невъзможно да се магнетизира (понякога желязото в диапазона 769-910°C се нарича -Fe); γ-Fe не е магнитен материал.

Използване

Желязо- един от най-експлоатационните метали в сплав с въглерод (стомана, чугун) - високоякостна основа за структурни материали. Като материал с магнитни свойства желязото се използва за сърцевините на електромагнитите и котвите на електрическите машини, както и като слоеве и филми върху магнитни ленти. Чистото желязо е катализатор в химичните процеси и компонент на лекарствата в медицината.

Желязото като химичен компонент на тялото

Желязото е основен химичен компонент на много гръбначни, безгръбначни и някои растения. Той е част от хема (еритроцитния пигмент - червени кръвни клетки) хемоглобина в кръвта, мускулната тъкан, костния мозък, черния дроб и далака. Всяка молекула на хемоглобина съдържа 4 железни атома, които са способни да създадат обратима и слаба връзка с кислорода, образувайки оксихемоглобин. Кръвта, съдържаща оксихемоглобин, циркулира в цялото тяло, доставяйки кислород на тъканите за клетъчното дишане. Следователно желязото е необходимо за дишането и образуването на червени кръвни клетки. Миоглобинът (или мускулният хемоглобин) доставя кислород на мускулите. Общото количество желязо в човешкото тяло (средно тегло 70 kg) е 3-5 g. От това количество 65% Fe е в хемоглобина. 10 до 20 mg Fe дневно са необходими за поддържане на нормалния метаболизъм на средния възрастен. Червеното месо, яйцата, жълтъците, морковите, плодовете, всякаква пшеница и зелените зеленчуци основно осигуряват на тялото желязо при нормална диета; При анемия, свързана с липса на желязо в организма, приемайте добавки с желязо.

Желязото като химикал елемент

От химическа гледна точка желязото е доста активен метал, проявяващ характерни степени на окисление +2, +3, по-рядко +1, +4, +6. Той се свързва директно с някои елементи, с S образува FeS - железен (III) сулфид, с халогени, с изключение на йод, - железни (III) халиди, като FeCl 3. Лесно се окислява; с кислород произвежда оксиди FeO, Fe 2 O 3, Fe 3 O 4 (FeO + Fe 2 O 3), лесно корозира (ръжда). Измества водорода от водните пари при високи температури. Разтваря се в разредени киселини (например HCl, H 2 SO 4, HNO 3), измествайки водорода и образувайки Fe (II) соли (съответно FeCl 2, FeSO 4, Fe (NO 3) 2). В умерено концентрираните H 2 SO 4 и HNO 3 желязото се разтваря, за да образува Fe (III) соли, а във високо концентрираните се пасивира и не реагира. Пасивността на желязото очевидно се обяснява с образуването на филм от железен оксид върху повърхността му, който обаче лесно се унищожава чрез просто остъргване.

Корозия на желязото

Ръждясване на желязо (атмосферна корозия на желязо)- това е неговото окисление от атмосферния кислород. Реакцията протича в присъствието на солни йони, разтворени във вода, и йони, образувани по време на дисоциацията на въглеродна киселина, продукт на взаимодействието на атмосферния въглероден диоксид и влага. В резултат на това се образува рохкава червена ръжда или хидратиран оксид със състав Fe 2 O 3 nH 2 O.

Връзки

Сложни връзки

Химични елементи и материали
Химични елементи

Бражникова Алла Михайловна,

ГБОУ средно училище № 332

Невски район на Санкт Петербург

Това ръководство разглежда въпроси по темата „Химия на желязото“. В допълнение към традиционните теоретични въпроси се разглеждат въпроси, които надхвърлят основното ниво. Съдържа въпроси за самоконтрол, които дават възможност на учениците да проверят нивото си на усвояване на съответния учебен материал при подготовка за Единен държавен изпит.

ГЛАВА 1. ЖЕЛЯЗОТО - ПРОСТО ВЕЩЕСТВО.

Структура на атома на желязото .

Желязото е d-елемент, разположен във вторична подгрупа на VIII група на периодичната таблица. Най-често срещаният метал в природата следалуминий Той е част от много минерали: кафява желязна руда (хематит) Fe 2 O 3, магнитна желязна руда (магнетит) Fe 3 O 4, пирит FeS 2.

Електронна структура : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 .

Валентност : II, III, (IV).

Степени на окисление: 0, +2, +3, +6 (само във ферати K 2 FeO 4).

Физични свойства.

Желязото е лъскав, сребристо-бял метал, т.п. - 1539 0 С.

Касова бележка.

Чистото желязо може да се получи чрез редуциране на оксиди с водород при нагряване, както и чрез електролиза на разтвори на неговите соли. Процес на доменна пещ - производство на желязо под формата на сплави с въглерод (чугун и стомана):

1) 3Fe 2 O 3 + CO → 2Fe 3 O 4 + CO 2

2) Fe 3 O 4 + CO → 3FeO + CO 2

3) FeO + CO → Fe + CO 2

Химични свойства.

I. Взаимодействие с прости вещества – неметали

1) С хлор и сяра (при нагряване). По-силният окислител хлор окислява желязото до Fe 3+, а по-слабият окислител хлор го окислява до Fe 2+:

2Fe 2 + 3Cl → 2FeCl 3

2) С въглища, силиций и фосфор (при висока температура).

3) В сух въздух се окислява от кислород, образувайки котлен камък - смес от железни (II) и (III) оксиди:

3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4 (FeO Fe 2 O 3)

II. Взаимодействие със сложни вещества.

1) Корозията (ръждясването) на желязото възниква във влажен въздух:

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe(OH) 3

При високи температури (700 - 900 0 C) при липса на кислород желязото реагира с водна пара, измествайки водорода от него:

3Fe+ 4H 2 O→ Fe 3 O 4 + 4H 2

2) Измества водорода от разредена солна и сярна киселина:

Fe+ 2HCl= FeCl2 + H2

Fe + H 2 SO 4 (разреден) = FeSO 4 + H 2

Силно концентрираните сярна и азотна киселина не реагират с желязото при обикновени температури поради пасивирането му.

С разредена азотна киселина желязото се окислява до Fe 3+, продуктите на редукция на HNO 3 зависят от неговата концентрация и температура:

8Fe + 30HNO 3 (ултра разреден) → 8Fe (NO 3) 3 + 3NH 4 NO 3 + 9H 2 O

Fe + 4HNO 3(разр.) → Fe(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O

Fe + 6HNO 3(конц.) → (температура) Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

3) Реакция с разтвори на метални соли, разположени вдясно от желязото в електрохимичната серия от метални напрежения:

Fe + CuSO 4 → Fe SO 4 + Cu

ГЛАВА2. СЪЕДИНЕНИЯ НА ЖЕЛЯЗОТО (II).

Железен оксид(II) .

FeO оксидът е черен прах, неразтворим във вода.

Касова бележка.

Редукция от железен оксид (III) при 500 0 C чрез действието на въглероден оксид (II):

Fe 2 O 3 + CO→2FeO+ CO 2

Химични свойства.

Основен оксид, съответства на Fe(OH) 2 хидроксид: разтваря се в киселини, образувайки железни (II) соли:

FeO+ 2HCl→ FeCl 2 + H 2 O

Железен хидроксид (II).

Железният хидроксид Fe(OH) 2 е неразтворима във вода основа.

Касова бележка.

Ефектът на алкалите върху железните соли () без достъп на въздух:

FeSO 4 + NaOH → Fe(OH) 2 ↓+ Na 2 SO 4

Химични свойства.

Fe(OH)2 хидроксидът проявява основни свойства и е силно разтворим в минерални киселини, образувайки соли.

Fe(OH) 2 + H 2 SO 4 → FeSO 4 + 2H 2 O

При нагряване се разлага:

Fe(OH) 2 → (температура) FeO+ H 2 O

Редокс свойства.

Съединенията на желязото (II) проявяват доста силни редуциращи свойства и са стабилни само в инертна атмосфера; на въздух (бавно) или във воден разтвор под действието на окислители (бързо) се превръщат в железни (III) съединения:

4 Fe(OH) 2 (утаен)+ O 2 + 2H 2 O→ 4 Fe(OH) 3 ↓

2FeCl 2 + Cl 2 → 2FeCl 3

10FeSO 4 + 2KMnO 4 + 8H 2 SO 4 → 5 Fe 2 (SO 4) 3 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8 H 2 O

Съединенията на желязото (II) могат също да действат като окислители:

FeO+ CO→ (температура) Fe+ CO

ГЛАВА 3. СЪЕДИНЕНИЯ НА ЖЕЛЕЗОТО (III).

Железен оксид(III)

Fe 2 O 3 оксидът е най-стабилното естествено кислородсъдържащо желязно съединение. Това е амфотерен оксид, неразтворим във вода. Образува се при изпичане на FeS 2 пирит (вижте 20.4 „Получаване на SO 2“.

Химични свойства.

1) Разтваряйки се в киселини, образува железни (III) соли:

Fe 2 O 3 + 6HCl→ 2FeCl 3 + 3H 2 O

2) Когато се слее с калиев карбонат, той образува калиев ферит:

Fe 2 O 3 + K 2 CO 3 → (температура) 2KFeO 2 + CO 2

3) Под действието на редуциращи агенти действа като окислител:

Fe 2 O 3 + 3H 2 → (температура) 2Fe+ 3H 2 O

Железен хидроксид (III)

Железният хидроксид Fe(OH) 3 е червено-кафяво вещество, неразтворимо във вода.

Касова бележка.

Fe 2 (SO 4) 3 + 6NaOH → 2Fe(OH) 3 ↓ + 3Na 2 SO 4

Химични свойства.

Fe(OH) 3 хидроксидът е по-слаба основа от железния (II) хидроксид и има слаба амфотерност.

1) Разтваря се в слаби киселини:

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

2) При варене в 50% разтвор на NaOH се образува

Fe(OH) 3 + 3NaOH → Na 3

Железни соли (III).

Подлежи на силна хидролиза във воден разтвор:

Fe 3+ + H 2 O ↔ Fe(OH) 2+ + H +

Fe 2 (SO 4) 3 + 2H 2 O ↔ Fe(OH)SO 4 + H 2 SO 4

Когато са изложени на силни редуциращи агенти във воден разтвор, те проявяват окислителни свойства, превръщайки се в железни (II) соли:

2FeCl 3 + 2KI → 2FeCl 2 + I 2 + 2KCl

Fe 2 (SO 4) 3 + Fe → 3 Fe

ГЛАВА4. КАЧЕСТВЕНИ РЕАКЦИИ.

Качествени реакции на Fe 2+ и Fe 3+ йони.

1. Реагентът за Fe 2+ йона е калиев хексацианоферат (III) (червена кръвна сол), който дава със себе си интензивно синя утайка от смесена сол - калиев железен (II) хексацианоферат (III) или Търнбул синьо:

FeCl 2 + K 3 → KFe 2+ ↓ + 2KCl

1. Реагентът за Fe 3+ йона е тиоцианатният йон (роданиден йон) CNS -, чието взаимодействие с железни (III) соли произвежда кървавочервено вещество - железен (III) тиоцианат:

FeCl 3 + 3KCNS→ Fe(CNS) 3 + 3KCl

3)Fe 3+ йони могат също да бъдат открити с помощта на калиев хексацианоферат (II) (жълта кръвна сол). В този случай се образува водонеразтворимо вещество с интензивен син цвят - калиево желязо (III) хексацианоферат (II) или пруско синьо:

FeCl 3 + K 4 → KFe 3+ ↓ + 3KCl

ГЛАВА 5. МЕДИЦИНСКО И БИОЛОГИЧНО ЗНАЧЕНИЕ НА ЖЕЛЯЗОТО.

Ролята на желязото в организма.

Желязоучаства в образуването на хемоглобин в кръвта, в синтеза на хормоните на щитовидната жлеза и в защитата на организма от бактерии. Той е необходим за образуването на имунни защитни клетки и е необходим за „работата“ на витамините от група В.

Желязое част от повече от 70 различни ензими, включително дихателни, които осигуряват дихателните процеси в клетките и тъканите и участват в неутрализирането на чужди вещества, влизащи в човешкото тяло.

Хематопоеза. Хемоглобин.

Газообмен в белите дробове и тъканите.

Желязодефицитна анемия.

Липсата на желязо в организма води до заболявания като анемия и анемия.

Желязодефицитната анемия (IDA) е хематологичен синдром, характеризиращ се с нарушен синтез на хемоглобин поради дефицит на желязо и проявяващ се с анемия и сидеропения. Основните причини за IDA са загубата на кръв и липсата на богата на хем храна и напитки.

Пациентът може да почувства умора, задух и сърцебиене, особено след физическа активност, често световъртеж и главоболие, шум в ушите и дори припадък. Човек става раздразнителен, сънят е нарушен, концентрацията намалява. Тъй като притока на кръв към кожата е намален, може да се развие повишена чувствителност към студ. Симптомите възникват и от стомашно-чревния тракт - рязко намаляване на апетита, диспептични разстройства (гадене, промени в характера и честотата на изпражненията).

Желязото е неразделна част от жизненоважни биологични комплекси, като хемоглобин (пренос на кислород и въглероден диоксид), миоглобин (съхранение на кислород в мускулите), цитохроми (ензими). Тялото на възрастен човек съдържа 4-5 g желязо.

СПИСЪК НА ИЗПОЛЗВАНАТА ЛИТЕРАТУРА:

1. К.Н. Зеленин, В.П. Сергутин, О.В. Malt „Ние издържаме перфектно изпита по химия.“ Elbl-SPb LLC, 2001 г.
2. K.A. Макаров „Медицинска химия“. Издателство на Санкт Петербургския държавен медицински университет в Санкт Петербург, 1996 г.
3. Н.Л. Глинка "Обща химия". Ленинград "Химия", 1985 г.
4. В.Н. Доронкин, А.Г. Бережная, Т.В. Сажнева, В.А. Февруева „Химия. Тематични тестове за подготовка за Единния държавен изпит." Издателство "Легион", Ростов на Дон, 2012 г.

Човешкото тяло съдържа около 5 g желязо, по-голямата част (70%) е част от кръвния хемоглобин.

Физични свойства

В свободно състояние желязото е сребристо-бял метал със сивкав оттенък. Чистото желязо е пластично и има феромагнитни свойства. В практиката обикновено се използват железни сплави - чугун и стомана.

Fe е най-важният и най-разпространеният елемент от деветте d-метала от подгрупа VIII. Заедно с кобалта и никела образува „желязното семейство“.

Когато образува съединения с други елементи, често използва 2 или 3 електрона (B = II, III).

Желязото, както почти всички d-елементи от група VIII, не проявява по-висока валентност, равна на номера на групата. Максималната му валентност достига VI и се появява изключително рядко.

Най-типичните съединения са тези, в които Fe атомите са в степен на окисление +2 и +3.

Методи за получаване на желязо

1. Техническото желязо (легирано с въглерод и други примеси) се получава чрез карботермична редукция на естествените му съединения по следната схема:

Възстановяването става постепенно, на 3 етапа:

1) 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2

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

3) FeO + CO = Fe + CO 2

Чугунът, получен в резултат на този процес, съдържа повече от 2% въглерод. Впоследствие чугунът се използва за производството на стомана - железни сплави, съдържащи по-малко от 1,5% въглерод.

2. Много чисто желязо се получава по един от следните начини:

а) разлагане на Fe пентакарбонил

Fe(CO) 5 = Fe + 5СО

б) редукция на чист FeO с водород

FeO + H 2 = Fe + H 2 O

в) електролиза на водни разтвори на Fe +2 соли

FeC 2 O 4 = Fe + 2CO 2

железен (II) оксалат

Химични свойства

Fe е метал със средна активност и проявява общи свойства, характерни за металите.

Уникална характеристика е способността да "ръждясва" във влажен въздух:

При липса на влага със сух въздух желязото започва да реагира забележимо само при T> 150 ° C; при калциниране се образува "желязна скала" Fe 3 O 4:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

Желязото не се разтваря във вода при липса на кислород. При много високи температури Fe реагира с водна пара, измествайки водорода от водните молекули:

3 Fe + 4H 2 O(g) = 4H 2

Механизмът на ръждясване е електрохимична корозия. Продуктът от ръжда е представен в опростена форма. Всъщност се образува хлабав слой от смес от оксиди и хидроксиди с променлив състав. За разлика от филма Al 2 O 3, този слой не предпазва желязото от по-нататъшно разрушаване.

Видове корозия

Защита на желязото от корозия

1. Взаимодействие с халогени и сяра при високи температури.

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3

2Fe + 3F 2 = 2FeF 3

Fe + I 2 = FeI 2

Образуват се съединения, в които преобладава йонният тип връзка.

2. Взаимодействие с фосфор, въглерод, силиций (желязото не се свързва директно с N2 и H2, но ги разтваря).

Fe + P = Fe x P y

Fe + C = Fe x C y

Fe + Si = Fe x Si y

Образуват се вещества с променлив състав, като бертолиди (ковалентният характер на връзката преобладава в съединенията)

3. Взаимодействие с "неокисляващи" киселини (HCl, H 2 SO 4 dil.)

Fe 0 + 2H + → Fe 2+ + H 2

Тъй като Fe е разположено в серията активност вляво от водорода (E° Fe/Fe 2+ = -0,44 V), то е в състояние да измести H 2 от обикновените киселини.

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2

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

4. Взаимодействие с "окисляващи" киселини (HNO 3, H 2 SO 4 конц.)

Fe 0 - 3e - → Fe 3+

Концентрираните HNO 3 и H 2 SO 4 "пасивират" желязото, така че при обикновени температури металът не се разтваря в тях. При силно нагряване настъпва бавно разтваряне (без освобождаване на Н2).

В секцията HNO 3 желязото се разтваря, преминава в разтвор под формата на Fe 3+ катиони и киселинният анион се редуцира до NO*:

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

Много разтворим в смес от HCl и HNO3

5. Отношение към алкали

Fe не се разтваря във водни разтвори на алкали. Той реагира с разтопени алкали само при много високи температури.

6. Взаимодействие със соли на по-малко активни метали

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu

Fe 0 + Cu 2+ = Fe 2+ + Cu 0

7. Взаимодействие с газообразен въглероден оксид (t = 200°C, P)

Fe (прах) + 5CO (g) = Fe 0 (CO) 5 желязо пентакарбонил

Fe(III) съединения

Fe 2 O 3 - железен (III) оксид.

Червено-кафяв прах, n. Р. в H 2 O. В природата - "червена желязна руда".

Методи за получаване:

1) разлагане на железен (III) хидроксид

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

2) изпичане на пирит

4FeS 2 + 11O 2 = 8SO 2 + 2Fe 2 O 3

3) разлагане на нитрати

Химични свойства

Fe 2 O 3 е основен оксид с признаци на амфотерност.

I. Основните свойства се проявяват в способността да реагират с киселини:

Fe 2 O 3 + 6H + = 2Fe 3+ + ZH 2 O

Fe 2 O 3 + 6HCI = 2FeCI 3 + 3H 2 O

Fe 2 O 3 + 6HNO 3 = 2Fe(NO 3) 3 + 3H 2 O

II. Слаби киселинни свойства. Fe 2 O 3 не се разтваря във водни разтвори на алкали, но когато се слее с твърди оксиди, алкали и карбонати, се образуват ферити:

Fe 2 O 3 + CaO = Ca(FeO 2) 2

Fe 2 O 3 + 2NaOH = 2NaFeO 2 + H 2 O

Fe 2 O 3 + MgCO 3 = Mg(FeO 2) 2 + CO 2

III. Fe 2 O 3 - суровина за производство на желязо в металургията:

Fe 2 O 3 + ZS = 2Fe + ZSO или Fe 2 O 3 + ZSO = 2Fe + ZSO 2

Fe(OH) 3 - железен (III) хидроксид

Методи за получаване:

Получава се чрез действието на алкали върху разтворими Fe 3+ соли:

FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3 + 3NaCl

По време на приготвянето Fe (OH) 3 е червено-кафява слузесто-аморфна утайка.

Fe (III) хидроксид също се образува по време на окисляването на Fe и Fe (OH) 2 във влажен въздух:

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

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

Fe(III) хидроксид е крайният продукт от хидролизата на Fe 3+ соли.

Химични свойства

Fe(OH)3 е много слаба основа (много по-слаба от Fe(OH)2). Показва забележими киселинни свойства. По този начин Fe (OH) 3 има амфотерен характер:

1) реакциите с киселини протичат лесно:

2) прясна утайка от Fe(OH) 3 се разтваря в горещ конц. разтвори на KOH или NaOH с образуването на хидроксокомплекси:

Fe(OH) 3 + 3KOH = K 3

В алкален разтвор Fe (OH) 3 може да се окисли до ферати (соли на желязна киселина H 2 FeO 4, които не се освобождават в свободно състояние):

2Fe(OH) 3 + 10KOH + 3Br 2 = 2K 2 FeO 4 + 6KBr + 8H 2 O

Fe 3+ соли

Най-важните практически са: Fe 2 (SO 4) 3, FeCl 3, Fe (NO 3) 3, Fe (SCN) 3, K 3 4 - жълта кръвна сол = Fe 4 3 Пруско синьо (тъмно синя утайка)

б) Fe 3+ + 3SCN - = Fe(SCN) 3 тиоцианат Fe(III) (кървавочервен разтвор)

Определение. История. Геохимия. Свойства на желязото. Място на раждане. Физични и химични свойства. Връзки. Използване на желязо.

Желязо

Желязото е елемент от осма група (според старата класификация второстепенна подгрупа на осма група) от четвъртия период на периодичната таблица на химичните елементи. И. Менделеев с атомен номер 26. Означава се със символа Fe(лат. Ферум). Един от най-често срещаните метали в земната кора (на второ място след алуминия).
Простото вещество желязо (CAS номер: 7439-89-6) е ковък сребристобял метал с висока химическа реактивност: желязото бързо корозира при високи температури или висока влажност на въздуха. Желязото гори в чист кислород, но във фино диспергирано състояние спонтанно се запалва във въздуха.
Всъщност желязото обикновено се нарича неговите сплави с ниско съдържание на примеси (до 0,8%), които запазват мекотата и пластичността на чистия метал. Но на практика по-често се използват сплави на желязо с въглерод: стомана (до 2,14 тегл.% въглерод) и чугун (повече от 2,14 тегл.% въглерод), както и неръждаема (легирана) стомана с добавка на легиране метали (хром, манган, никел и др.). Комбинацията от специфични свойства на желязото и неговите сплави го правят „метал №1” по значимост за човека.
В природата желязото рядко се среща в чиста форма, най-често се среща в желязо-никелови метеорити. Изобилието на желязо в земната кора е 4,65% (4-то място след O, Si, Al). Също така се смята, че желязото съставлява по-голямата част от земното ядро.

История.Желязото, като инструментален материал, е познато от древността. Най-старите железни предмети, открити при археологически разкопки, датират от 4-то хилядолетие пр.н.е. д. и принадлежат към древните шумерски и древноегипетските цивилизации. Те са направени от метеоритно желязо, тоест сплав от желязо и никел (съдържанието на последния варира от 5 до 30%), бижута от египетски гробници (около 3800 г. пр. н. е.) и кама от шумерския град Ур (около 3100 г. пр.н.е.). Очевидно едно от имената на желязото на гръцки и латински идва от небесния произход на метеоритното желязо: „сидер“ (което означава „звезден“).

Продукти, изработени от желязо, получено чрез топене, са известни от заселването на арийските племена от Европа в Азия, островите на Средиземно море и извън него (края на 4-то и 3-то хилядолетие пр. н. е. Най-древните известни железни инструменти са стоманени остриета, намерени в каменната зидария на Хеопсовата пирамида в Египет (построена около 2530 г. пр. н. е.), както показаха разкопките в Нубийската пустиня, още в онези дни египтяните се опитваха да отделят добитото злато от тежък магнетитов пясък, калцинирана руда с трици и подобни вещества, съдържащи. В резултат на това върху повърхността на златната стопилка се появи слой от желязо, който беше обработен отделно от това желязо, включително тези, намерени в пирамидата на Хеопс , Менкаур (2471-2465 г. пр. н. е.) дойде в Египет: благородството, водено от жреците на бог Ра, свали управляващата династия и започна скок от узурпатори, завършил с присъединяването на фараона от следващата династия. Усеркар, когото жреците обявили за син и въплъщение на самия бог Ра (оттогава това се превърнало в официален статут на фараоните). По време на този смут културните и технически познания на египтяните западнаха и точно както изкуството да се строят пирамиди се влоши, технологията за производство на желязо беше загубена до такава степен, че по-късно, когато изследваха Синайския полуостров в търсене на мед руда, египтяните не обърнаха никакво внимание на находищата на желязна руда, които съществуваха там, и получиха желязо от съседните хети и митанийци.
Първият, който овладява метода на Хати за топене на желязо, това се посочва от най-старото (2-ро хилядолетие пр. н. е.) споменаване на желязо в текстовете на хетите, които основават своята империя на територията на хутите (съвременна Анатолия в Турция). Така текстът на хетския цар Анитта (около 1800 г. пр.н.е.) казва:
В древността халибите са били известни като майстори на изделия от желязо. Легендата за аргонавтите (походът им в Колхида се състоя около 50 години преди Троянската война) разказва, че царят на Колхида, Еет, дал на Язон железен плуг, за да може да оре полето на Арес и неговите поданици, Калибри , са описани:
Те не орат земята, не садят овощни дървета, не пасат стада в богати ливади; те извличат руда и желязо от суровата земя и обменят храна за тях. Денят не започва за тях без упорита работа;
Аристотел описва техния метод за производство на стомана: „Халибите измиват речния пясък на своята страна няколко пъти, като по този начин освобождават черен концентрат (тежка фракция, състояща се главно от магнетит и хематит) и го топят в пещи; Така полученият метал имаше сребрист цвят и беше неръждаема”.
Като суровина за топене на стомана са използвани магнетитни пясъци, които често се срещат по цялото черноморско крайбрежие: тези магнетитни пясъци се състоят от смес от малки зърна магнетит, титанов магнетит или илменит и фрагменти от други скали, т. че стоманата, топена от халибите, е легирана и има отлични свойства. Този уникален метод за получаване на желязо предполага, че халибите са разпространявали желязото само като технологичен материал, но техният метод не може да бъде метод за широко разпространено промишлено производство на железни продукти. Въпреки това производството им послужи като тласък за по-нататъшното развитие на металургията на желязото.
Климент Александрийски в енциклопедичния си труд "Стромата" споменава, че според гръцките легенди желязото (очевидно претопено от руда) е открито на планината Ида - това е името на планинската верига близо до Троя (в Илиада се споменава като планината Ида , от който Зевс наблюдава битката между гърците и троянците). Това се случило 73 години след Девкалионския потоп, а този потоп според Парианската хроника се случил през 1528 г. пр.н.е. д., тоест методът за топене на желязо от руда е открит около 1455 г. пр.н.е. д. От описанието на Климент обаче не става ясно дали той говори за тази конкретна планина в Западна Азия (Ида от Фригия във Вергилий), или за планината Ида на остров Крит, която римският поет Вергилий пише в Енеида като прародител домът на троянците:
„Островът на Юпитер, Крит, се намира в средата на широко море,
Нашето племе има своята люлка там, където се издига Ида..."
По-вероятно е Климент Александрийски да говори конкретно за фригийската Ида близо до Троя, тъй като там са открити древни железни мини и центрове за производство на желязо. Първите писмени доказателства за желязото се намират в глинени плочки от архивите на египетските фараони Аменхотеп III и Ехнатон и датират от същото време (1450-1400 г. пр. н. е.). Там се споменава производството на желязо в южната част на Закавказието, което гърците наричали Колхида (и е възможно думата „kolhidos“ да е модификация на думата „halibos“) - а именно това, което царят на страната на Митани и владетелят на Армения и Южен Закавказие изпрати на египетския фараон Аменхотеп II "заедно с 318 наложници, ками и пръстени, изработени от добро желязо". Хетите също давали същите подаръци на фараоните.
В много древни времена желязото е било ценено повече от златото и според описанието на Страбон африканските племена са давали 10 фунта злато за 1 фунт желязо, а според изследванията на историка Г. Арешян цената на медта, среброто, златото и желязото при древните хети е било в съотношение 1: 160 : 1280 : 6400. В онези дни желязото е било използвано като метал за бижута и от него са правени други регалии на царската власт: например библейската книга Второзаконие; 3.11 описва „желязното легло” на рефаимския цар Ог.
В гробницата на Тутанкамон (около 1350 г. пр.н.е.) е намерена желязна кама със златна рамка, вероятно подарък от хетите за дипломатически цели. Но хетите не са се стремили към широко разпространение на желязото и неговите технологии, както се вижда от кореспонденцията, достигнала до нас между египетския фараон Тутанкамон и неговия тъст Хатусил, царят на хетите. Фараонът моли да изпрати още желязо, а царят на хетите уклончиво отговаря, че запасите от желязо са изсъхнали и ковачите са заети със селскостопанска работа, така че той не може да изпълни молбата на царския зет и изпраща само един кинжал, направен от „добро желязо“ (тоест стомана). Както можете да видите, хетите се опитаха да използват знанията си, за да постигнат военни предимства и не дадоха на другите възможност да ги настигнат. Очевидно затова изделията от желязо са широко разпространени едва след Троянската война и падането на хетската власт, когато благодарение на търговската дейност на гърците технологията на желязото става известна на мнозина и се откриват нови железни находища и мини. Така „бронзовата“ епоха е заменена от „желязната“ епоха.
Според описанията на Омир, въпреки че по време на Троянската война (около 1250 г. пр. н. е.) оръжията са направени предимно от мед и бронз, желязото вече е добре познато и много търсено, макар и повече като благороден метал. Например в 23-та песен на Илиада Омир казва, че Ахил е наградил диск, направен от желязо, на победителя в състезание по хвърляне на диск. Ахейците добивали това желязо от троянците и съседните народи (Илиада 7.473), включително халибите.
Може би желязото е една от причините, които са подтикнали ахейските гърци да се преместят в Мала Азия, където са научили тайните на неговото производство. А разкопките в Атина показаха, че още около 1100 г. пр.н.е. д. а по-късно железните мечове, копия, брадви и дори железни гвоздеи вече са широко разпространени. Библейската книга на Исус Навиев 17:16 (вж. Съдии 14:4) описва, че филистимците (библейските „PILISTIM“, а това са били протогръцки племена, свързани с по-късните елини, главно пеласги) са имали много железни колесници, т.е. по това време желязото вече е станало широко използвано в големи количества.
Омир нарича желязото трудно, тъй като в древността основният метод за производството му е бил процесът на издухване на сирене: редуващи се слоеве желязна руда и въглен са били калцинирани в специални пещи (пещи - от древния „Рог“ - рог, тръба, първоначално е просто тръба, вкопана в земята, обикновено хоризонтално в склона на дере). В ковачницата железните оксиди се редуцират до метал чрез горещ въглен, който поглъща кислород, окислявайки се до въглероден окис и в резултат на такова калциниране на руда с въглища се получава крихиново (гъбесто) желязо, подобно на тесто. Крица е изчистена от шлака чрез коване, изстискване на примеси със силни удари на чук. Първите ковачи имаха сравнително ниска температура - значително по-ниска от точката на топене на чугуна, така че желязото се оказа сравнително нисковъглеродно. За да се получи здрава стомана, беше необходимо многократно калциниране и изковаване на желязното ядро ​​с въглища, докато повърхностният слой на метала беше допълнително наситен с въглерод и укрепен. Така се получавало „добро желязо” – и въпреки че изисквало много работа, получените по този начин изделия били значително по-здрави и твърди от бронзовите.
По-късно се научили да правят по-ефективни пещи (на руски - доменна пещ, домница) за производство на стомана и използвали мехове за подаване на въздух в пещта. Още римляните са знаели как да доведат температурата в пещта до топене на стомана (около 1400 градуса, а чистото желязо се топи при 1535 градуса). Така се получава чугун с точка на топене 1100-1200 градуса, който е много крехък в твърдо състояние (дори не се кове) и няма еластичността на стоманата. Първоначално се смяташе за вреден страничен продукт, но след това беше открито, че когато се разтопи отново в пещ с увеличен въздух, който духа през него, чугунът се превръща в стомана с добро качество, тъй като излишният въглерод изгаря. Този двуетапен процес за производство на стомана от чугун се оказа по-прост и по-изгоден от критичния и този принцип се използва без много промени в продължение на много векове, оставайки и до днес основният метод за производство на железни материали.

Изотопи

Естественото желязо се състои от четири стабилни изотопа: 54Fe (изотопно изобилие 5,845%), 56Fe (91,754%), 57Fe (2,119%) и 58Fe (0,282%). Известни са и повече от 20 нестабилни изотопа на желязото с масови числа от 45 до 72, най-стабилните от които са 60Fe (периодът на полуразпад според данните, актуализирани през 2009 г. е 2,6 милиона години), 55Fe (2,737 години), 59Fe (44,495 дни) и 52Fe (8,275 часа); други изотопи имат полуживот по-малък от 10 минути.
Изотопът на желязото 56Fe е едно от най-стабилните ядра: всички от следните елементи могат да намалят енергията на свързване на нуклон чрез разпадане, а всички предишни елементи по принцип биха могли да намалят енергията на свързване на нуклон чрез синтез. Смята се, че желязото завършва поредицата от синтез на елементи в ядрата на нормалните звезди и всички следващи елементи могат да се образуват само в резултат на експлозии на свръхнова.

Геохимия на желязото

Желязото е един от най-често срещаните елементи в Слънчевата система, особено на земните планети, по-специално на Земята. Значителна част от желязото на планетите от земна група се намира в ядрата на планетите, където съдържанието му се оценява на около 90%. Съдържанието на желязо в земната кора е 5%, а в мантията около 12%. От металите желязото е на второ място след алуминия по изобилие в кората. В същото време около 86% от цялото желязо се намира в ядрото и 14% в мантията. Съдържанието на желязо се увеличава значително в мафичните магмени скали, където се свързва с пироксен, амфибол, оливин и биотит. Желязото се натрупва в индустриални концентрации по време на почти всички екзогенни и ендогенни процеси, протичащи в земната кора. Морската вода съдържа желязо в много малки количества, 0,002-0,02 mg/l. В речните води то е малко по-високо - 2 mg/l.

Геохимични свойства на желязото

Най-важната геохимична характеристика на желязото е наличието на няколко степени на окисление. Желязото в неутрална форма - метално - съставлява ядрото на земята, вероятно присъства в мантията и много рядко се среща в земната кора. Двувалентното желязо FeO е основната форма на желязото, намираща се в мантията и кората. Железният оксид Fe2O3 е характерен за най-горните, най-окислените части на земната кора, по-специално за седиментните скали.
По кристалохимични свойства йонът Fe2+ се доближава до йоните Mg2+ и Ca2+ – други основни елементи, съставляващи значителна част от всички земни скали. Поради сходството на кристалите желязото замества магнезия и частично калция в много силикати. В този случай съдържанието на желязо в минерали с променлив състав обикновено се увеличава с понижаване на температурата.
Желязни минерали. Желязото е доста разпространено в земната кора - представлява около 4,1% от масата на земната кора (4-то място сред всички елементи, 2-ро сред металите). В мантията и земната кора желязото е концентрирано главно в силикати, докато съдържанието му е значително в основни и ултрабазични скали и ниско в киселинни и междинни скали.
Известни са голям брой руди и минерали, съдържащи желязо. С най-голямо практическо значение са червената желязна руда (хематит, Fe2O3; съдържа до 70% Fe), магнитната желязна руда (магнетит, FeFe2O4, Fe3O4; съдържа 72,4% Fe), кафявата желязна руда или лимонит (гоетит и хидрогоетит, съответно FeOOH и FeOOH nH2O). Гьотитът и хидрогетитът най-често се срещат в изветрителните кори, образувайки така наречените „железни шапки“, чиято дебелина достига няколкостотин метра. Те могат да бъдат и от седиментен произход, изпадащи от колоидни разтвори в езера или крайбрежни райони на моретата. В този случай се образуват оолитови или бобови железни руди. В тях често се среща вивианит Fe3(PO4)2·8H2O, образуващ черни продълговати кристали и радиални агрегати.
В природата са широко разпространени и железните сулфиди - пирит FeS2 (сярен или железен пирит) и пиротин. Те не са желязна руда - пиритът се използва за производство на сярна киселина, а пиротинът често съдържа никел и кобалт.
Русия е на първо място в света по запаси от желязна руда.
Съдържанието на желязо в морската вода е 1·10−5—1·10−8%.
Други често срещани железни минерали:

• Сидеритът - FeCO3 - съдържа приблизително 35% желязо. Има жълтеникаво-бял (със сив или кафяв оттенък, ако е мръсен) цвят. Плътността е 3 g/cm³, а твърдостта е 3,5-4,5 по скалата на Mohs.
• Марказит - FeS2 - съдържа 46,6% желязо. Среща се под формата на жълти, подобни на месинг, бипирамидални ромбични кристали с плътност 4,6-4,9 g/cm³ и твърдост 5-6 по скалата на Моос.
• Löllingite - FeAs2 - съдържа 27,2% желязо и се среща под формата на сребристо-бели бипирамидални ромбични кристали. Плътността е 7-7,4 g/cm³, твърдостта е 5-5,5 по скалата на Моос.
• Mispikel - FeAsS - съдържа 34,3% желязо. Среща се под формата на бели моноклинни призми с плътност 5,6-6,2 g/cm³ и твърдост 5,5-6 по скалата на Моос.
• Мелантеритът - FeSO4 7H2O - се среща по-рядко в природата и представлява зелени (или сиви поради примеси) моноклинни кристали със стъклен блясък и крехки. Плътността е 1,8-1,9 g/cm³.
• Вивианитът - Fe3(PO4)2 8H2O - се среща под формата на синьо-сиви или зелено-сиви моноклинни кристали с плътност 2,95 g/cm³ и твърдост 1,5-2 по скалата на Моос.

Основни депозити

Според Геоложката служба на САЩ (оценка от 2011 г.) световните доказани запаси от желязна руда са около 178 милиарда тона. Основните находища на желязо се намират в Бразилия (1-во място), Австралия, САЩ, Канада, Швеция, Венецуела, Либерия, Украйна, Франция, Индия. В Русия желязото се добива в Курската магнитна аномалия (KMA), Колския полуостров, Карелия и Сибир, в Украйна - Кривбас, Полтавска област, Керченски полуостров. Отлаганията на дъното на океана, в които желязото, заедно с манган и други ценни метали, се намират в нодули, напоследък придобиха значителна роля.

Касова бележка. Промишлено желязото се получава от желязна руда, главно хематит (Fe2O3) и магнетит (FeO Fe2O3).

Има различни начини за извличане на желязо от руди. Най-често срещаният е домейн процесът.
Първият етап от производството е редукция на желязо с въглерод в доменна пещ при температура 2000 °C. В доменната пещ въглеродът под формата на кокс, желязна руда под формата на агломерат или пелети и флюс (като варовик) се подават отгоре и се посрещат от поток от принудителен горещ въздух отдолу.
В пещта въглеродът под формата на кокс се окислява до въглероден оксид. Този оксид се образува при горене при липса на кислород:

На свой ред въглеродният окис намалява желязото от рудата. За да се ускори тази реакция, нагрятият въглероден оксид преминава през железен (III) оксид:

Флюсът се добавя, за да се отърве от нежеланите примеси (предимно силикати; например кварц) в добитата руда. Типичният флюс съдържа варовик (калциев карбонат) и доломит (магнезиев карбонат). За отстраняване на други примеси се използват други потоци.
Ефектът на потока (в този случай калциев карбонат) е, че когато се нагрява, той се разлага до своя оксид:

Калциевият оксид се свързва със силициев диоксид, образувайки шлака - калциев метасиликат:

Шлаката, за разлика от силициевия диоксид, се топи в пещ. Шлаката, по-лека от желязото, плува на повърхността - това свойство ви позволява да отделите шлаката от метала. След това шлаката може да се използва в строителството и селското стопанство. Разтопеното желязо, произведено в доменна пещ, съдържа доста много въглерод (чугун). Освен в случаите, когато чугунът се използва директно, той изисква допълнителна обработка.
Излишъкът от въглерод и други примеси (сяра, фосфор) се отстраняват от чугуна чрез окисляване в пещи с отворен огнище или конвертори. Електрическите пещи се използват и за топене на легирани стомани.
В допълнение към процеса на доменна пещ, процесът на директно производство на желязо е често срещан. В този случай предварително натрошената руда се смесва със специална глина, образувайки пелети. Пелетите се изпичат и обработват в шахтова пещ с горещи продукти за преобразуване на метан, които съдържат водород. Водородът лесно редуцира желязото:
,
в този случай желязото не се замърсява с такива примеси като сяра и фосфор, които са често срещани примеси във въглищата. Желязото се получава в твърда форма и след това се топи в електрически пещи.
Химически чистото желязо се получава чрез електролиза на разтвори на неговите соли.

Физични свойства

Желязото е типичен метал, в свободно състояние е сребристо-бял на цвят със сивкав оттенък. Чистият метал е пластичен; различни примеси (по-специално въглерод) увеличават неговата твърдост и крехкост. Има изразени магнитни свойства. Често се разграничава така наречената „желязна триада” - група от три метала (желязо Fe, кобалт Co, никел Ni) със сходни физични свойства, атомни радиуси и стойности на електроотрицателност.
Желязото се характеризира с полиморфизъм, има четири кристални модификации:

• до 769 °C има α-Fe (ферит) с обемно центрирана кубична решетка и феромагнитни свойства (769 °C ≈ 1043 K - точката на Кюри за желязото);
• в температурния диапазон 769–917 °C има β-Fe, което се различава от α-Fe само в параметрите на обемно-центрираната кубична решетка и магнитните свойства на парамагнетика;
• в температурния диапазон 917–1394 °C има γ-Fe (аустенит) с гранецентрирана кубична решетка;
• над 1394 °C δ-Fe с обемно центрирана кубична решетка е стабилен.

Металургията не разграничава β-Fe като отделна фаза и го разглежда като разновидност на α-Fe. Когато желязото или стоманата се нагреят над точката на Кюри (769 °C ≈ 1043 K), топлинното движение на йони нарушава ориентацията на спиновите магнитни моменти на електроните, феромагнетикът става парамагнитен - възниква фазов преход от втори ред, но не настъпва фазов преход от първи род с промяна на основните физични параметри на кристалите.
За чистото желязо при нормално налягане, от гледна точка на металургията, има следните стабилни модификации:

• от абсолютна нула до 910 °C, α-модификацията с обемно центрирана кубична (bcc) кристална решетка е стабилна;
• от 910 до 1400 °C γ-модификацията с гранецентрирана кубична (fcc) кристална решетка е стабилна;
• от 1400 до 1539 °C δ модификацията с обемно центрирана кубична (bcc) кристална решетка е стабилна.

Наличието на въглерод и легиращи елементи в стоманата значително променя температурите на фазовите преходи (виж фазовата диаграма желязо-въглерод) Твърдият разтвор на въглерод в α- и δ-желязото се нарича ферит. Понякога се прави разлика между високотемпературен δ-ферит и нискотемпературен α-ферит (или просто ферит), въпреки че техните атомни структури са еднакви. Твърд разтвор на въглерод в γ-желязо се нарича аустенит.

• В областта на високите налягания (над 13 GPa, 128,3 хил. атм.) се появява модификация на ε-желязо с хексагонална плътно опакована (hcp) решетка.

Явлението полиморфизъм е изключително важно за металургията на стоманата. Благодарение на α-γ преходите в кристалната решетка се извършва топлинна обработка на стоманата. Без това явление желязото като основа на стоманата не би получило толкова широко приложение.
Желязото е умерено огнеупорен метал. В серията от стандартни електродни потенциали желязото се нарежда преди водорода и лесно реагира с разредени киселини. Така желязото е метал със средна активност.
Точката на топене на желязото е 1539 °C, точката на кипене е 2862 °C.

Химични свойства

Характерни степени на окисление

Желязото се характеризира със степени на окисление на желязото - +2 и +3.
Степента на окисление +2 съответства на черен оксид FeO и зелен хидроксид Fe(OH)2. Те са основни по природа. В солите Fe(+2) присъства като катион. Fe(+2) е слаб редуциращ агент.
Степента на окисление +3 съответства на червено-кафявия оксид Fe2O3 и кафявия хидроксид Fe(OH)3. Те са амфотерни по природа, макар и киселинни, и основните им свойства са слабо изразени. Така Fe3+ йоните се хидролизират напълно дори в кисела среда. Fe(OH)3 се разтваря (и дори тогава не напълно) само в концентрирани алкали. Fe2O3 реагира с алкали само при сливане, давайки ферити (формални соли на киселината HFeO2, която не съществува в свободна форма):

Желязото (+3) най-често проявява слаби окислителни свойства.
Степените на окисление +2 и +3 лесно се променят помежду си, когато редокс условията се променят.
Освен това има оксид Fe3O4, формалното състояние на окисление на желязото, в което е +8/3. Този оксид обаче може да се разглежда и като железен (II) ферит Fe+2(Fe+3O2)2.
Има и степен на окисление +6. Съответният оксид и хидроксид не съществуват в свободна форма, но се получават соли - ферати (например K2FeO4). Желязото (+6) присъства в тях под формата на анион. Фератите са силни окислители.

Съединения на желязо(II).

Железен(II) оксид FeO има основни свойства, на него отговаря основата Fe(OH)2. Солите на желязото (II) имат светлозелен цвят. При съхранение, особено на влажен въздух, те стават кафяви поради окисление до желязо (III). Същият процес протича при съхраняване на водни разтвори на железни (II) соли:

От солите на желязото(II) най-стабилна във водни разтвори е солта на Мор — двоен амониев и железен(II) сулфат (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O.
Калиев хексацианоферат(III) K3 (червена кръвна сол) може да служи като реагент за Fe2+ йони в разтвор. Когато Fe2+ и 3− йони взаимодействат, се утаява утайка от калиево желязо (II) хексацианоферат (III) (пруско синьо):

който се пренарежда вътрешномолекулно в калиево желязо (III) хексацианоферат (II):

За количествено определяне на желязо (II) в разтвор се използва фенантролин Phen, който образува червен комплекс FePhen3 с желязо (II) (максимална абсорбция на светлина - 520 nm) в широк диапазон на рН (4-9).

Съединения на желязо(III).

Железен (III) оксид Fe2O3 е слабо амфотерен; той е съчетан с още по-слаба основа от Fe(OH)2, Fe(OH)3, която реагира с киселини:

Fe3+ солите са склонни към образуване на кристални хидрати. При тях йонът Fe3+ обикновено е заобиколен от шест водни молекули. Тези соли са розови или лилави на цвят.
Йонът Fe3+ се хидролизира напълно дори в кисела среда. При pH>4 този йон се утаява почти напълно под формата на Fe(OH)3:

При частична хидролиза на Fe3+ йона се образуват полиядрени оксо- и хидроксокации, поради което разтворите стават кафяви.
Основните свойства на железен(III) хидроксид Fe(OH)3 са много слабо изразени. Способен е да реагира само с концентрирани разтвори на основи:

Получените хидроксокомплекси на желязо(III) са стабилни само в силно алкални разтвори. Когато разтворите се разреждат с вода, те се разрушават и Fe(OH)3 се утаява.
Когато се легира с основи и оксиди на други метали, Fe2O3 образува различни ферити:

Съединенията на желязото (III) в разтвори се редуцират от метално желязо:

Желязото (III) е способно да образува двойни сулфати с еднократно заредени катиони като стипца, например KFe(SO4)2 - желязо-калиева стипца, (NH4)Fe(SO4)2 - желязо-амониева стипца и др.
За качествено откриване на съединения на желязо(III) в разтвор се използва качествена реакция на Fe3+ йони с неорганични тиоцианати SCN−. В този случай се образува смес от яркочервени тиоцианатни железни комплекси 2+, +, Fe(SCN)3, -. Съставът на сместа (и следователно интензивността на нейния цвят) зависи от различни фактори, поради което този метод не е приложим за точно качествено определяне на желязото.
Друг висококачествен реагент за Fe3+ йони е калиев хексацианоферат(II) K4 (жълта кръвна сол). Когато Fe3+ и 4− йони взаимодействат, се образува яркосиня утайка от калиево желязо (III) хексацианоферат (II):

Fe3+ йоните се определят количествено чрез образуването на червени (в слабо кисела среда) или жълти (в слабо алкална среда) комплекси със сулфосалицилова киселина. Тази реакция изисква подходящ избор на буфери, тъй като някои аниони (по-специално ацетат) образуват смесени комплекси с желязо и сулфосалицилова киселина със собствени оптични характеристики.

Съединения на желязо(VI).

Фератите са соли на желязната киселина H2FeO4, която не съществува в свободна форма. Това са виолетови съединения, напомнящи перманганати по окислителни свойства и сулфати по разтворимост. Фератите се получават чрез действието на газообразен хлор или озон върху суспензия на Fe(OH)3 в основа:

Фератите могат да се получат и чрез електролиза на 30% алкален разтвор върху железен анод:

Фератите са силни окислители. В кисела среда те се разлагат с отделяне на кислород:

Окислителните свойства на фератите се използват за дезинфекция на водата.

Приложение

Желязото е един от най-използваните метали, което представлява до 95% от световното металургично производство.

• Желязото е основният компонент на стоманите и чугуните - най-важните структурни материали.
• Желязото може да бъде част от сплави на базата на други метали - например никел.
• Магнитният железен оксид (магнетит) е важен материал в производството на устройства с дълготрайна компютърна памет: твърди дискове, флопи дискове и др.
• Ултрафиният прах от магнетит се използва в много черно-бели лазерни принтери, смесен с полимерни гранули като тонер. Това използва както черния цвят на магнетита, така и способността му да се придържа към намагнетизираната трансферна ролка.
• Уникалните феромагнитни свойства на редица сплави на основата на желязо допринасят за широкото им използване в електротехниката за магнитни сърцевини на трансформатори и електродвигатели.
• Железен (III) хлорид (железен хлорид) се използва в радиолюбителската практика за ецване на печатни платки.
• Железен сулфат хептат (железен сулфат), смесен с меден сулфат, се използва за борба с вредните гъбички в градинарството и строителството.
• Желязото се използва като анод в желязо-никелови батерии и желязо-въздушни батерии.
• Водните разтвори на железни и железни хлориди, както и техните сулфати се използват като коагуланти в процесите на пречистване на природни и отпадъчни води при пречистване на водите на промишлени предприятия.