1. Химическая энциклопедия

железо

ЖЕЛЕЗО (Ferrum) Fe

хим. элемент VIII гр. периодической системы, ат. н. 26, ат. м. 55,847. Состоит из четырех стабильных изотопов: 54Fe (5,84%), 56Fe (91,68%), 57Fe (2,17%), 58Fe (0,31%). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для прир. смеси изотопов 2,62∙10−28 м2. Конфигурация внеш. электронных оболочек 3d64s2; степени окисления +2 и +3 (наиб. характерны), +1, +4, +6, +8; энергия ионизации при последоват. переходе от Fe0 к Fe5+ 7,893, 16,183, 30,65, 57,79 эВ; сродство к электрону 0,58 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,8; атомный радиус 0,126 нм, ионные радиусы (в нм, в скобках указаны координац. числа) для Fe2+ 0,077 (4), 0,092 (6), 0,106 (8), для Fe3+ 0,063 (4), 0,079 (6), 0,092 (8).

Ж. — один из самых распространенных элементов в природе, его содержание в земной коре составляет 4,65% по массе. Известно св. 300 минералов, из которых слагаются месторождения железных руд. Пром. значение имеют руды с содержанием Fe св. 16%. Важнейшие рудные минералы Ж.: магнетит (магнитный железняк) Fe3O4 (содержит 72,4% Fe), гематит (железный блеск, красный железняк) Fe2O3 (70% Fe), гётит α-FeO(OH), или Fe2O3.H2O, лепидокрокит γ-FeO(OH) и гидрогётит (лимонит) Fe2O3.xH2O (ок. 62% Fe), сидерит FeCO3 (48,2% Fe), ильменит FeTiO3 (36,8% Fe). Наряду с полезными примесями — Mn, Cr, Ni, Ti, V, Co — железные руды содержат и вредные примеси — S, P и др. Ж. входит в состав прир. силикатов, значительные скопления которых могут иметь пром. значение для производства Ж. или его соед. Различают след. осн. типы железных руд. Бурые железняки — руды гидроксидов Fe(III) (главный минерал — гётит ); содержат до 66,1% Fe (чаще 30–55%); имеют осадочное происхождение. Крупнейшие месторождения в СССР, во Франции, в Гвинее. Гематитовые руды, или красные железняки (главный минерал — гематит); содержат обычно 50–65% Fe. Для них характерно залегание богатых руд поверх мощных толщ бедных (30–40% Fe) магнетитовых кварцитов. Крупнейшие месторождения в СССР, США, Канаде, Бразилии, Венесуэле. Магнетитовые руды, или магнитные железняки (главный минерал — магнетит); содержат чаще всего до 45–60% Fe. Верх. горизонты магнетитовых рудных тел обычно частично окислены до гематита (полумартиты и мартиты). Крупнейшие месторождения в СССР и Швеции. Силикатные руды (25–40% Fe) осадочного происхождения, используемые для выплавки чугуна в ГДР, Югославии, ЧССР и ряде др. стран Европы, относятся к группе зеленых слюд-хлоритов. Главные минералы — шамозит Fe4(Fe, Al)2[Al2Si2O10](OH)8 и тюрингит (Mg, Fe)3,5Al1,5[Si2,5Al1,5O10](OH)6.nH2O — содержат до 42% Fe. Важнейшие месторождения в ГДР, Австрии и др. Мировые разведанные запасы железных руд составляют 231,9 млрд. т, или 93 млрд. т в пересчете на Ж. (1980). По запасам железных руд (балансовым — св. 100 млрд. т) СССР занимает первое место в мире. Наиб. запасы железных руд (в млрд. т), кроме СССР, сосредоточены в Бразилии (34), Канаде (26), Австрии (21), США (17), Индии (13), ЮАР (9), Швеции (4,5) и во Франции (4). Перспективно использование бедных Ж. горных пород и железомарганцевых конкреций. Мировые запасы последних оцениваются в 3000 млрд. т (1984). В чрезвычайно редких случаях Ж. встречается в земной коре в составе минерала иоцита FeO (аналог которого в технике наз. вюститом), а также в виде самородного Ж. — метеорного и теллурического (земного происхождения). Теллурич. Ж. образуется в результате восстановления оксидов и сульфидов Ж. углеродом из железистой магмы и при подземных пожарах угля, контактирующего с пластами руды. Ж. входит в состав гемоглобина.

Свойства. Ж. — блестящий серебристо-белый пластичный металл. При обычном давлении существует в четырех кристаллич. модификациях. До 917 °C существует a-Fe с объемноцентрир. кубич. решеткой (а = 0,286645 нм, z = 2, пространственная группа Im3m); α-Fe ферромагнитно, но при 769 °C (точка Кюри) переходит в парамагн. состояние без изменения сингонии и др. свойств, кроме магнитных; ΔH0 перехода 1,72 кДж/моль. Парамагн. Ж. (β-Fe) устойчиво в интервале 769–917 °C. В интервале 917–1394 °C существует γ-Fe с гранецентрир. кубич. решеткой (при 950 °C а = 0,3656 нм, z = 4, пространственная группа Fm3m); ΔH0 перехода β : γ 0,91 кДж/моль. Выше 1394 °C существует d-Fe с объемноцентрир. кубич. решеткой (при 1425 °C а = 0,293 нм, z = 2, пространственная группа Im3m); ΔH0 перехода γ : d 0,63 кДж/моль. При высоких давлениях существует ε-Fe с гексагон. плотноупакованной решеткой, которое также образуется и при нормальном давлении при легировании Ж. рядом элементов. Ниже приводятся данные о физ. свойствах Ж. с общим содержанием примесей не более 0,01%. Т. пл. 1535 °C (ΔH0пл 16,6 кДж/моль), т. кип. 2750 °C (ΔH0исп 354,3 кДж/моль). Плотн. (в г/см3): α-Fe 7,87 (20 °C), 7,67 (600 °C); γ-Fe 7,59 (1000 °C); d-Fe 7,409; жидкого Ж. 7,024 (1538 °C), 6,962 (1600 °C), 6,76 (1800 °C); уравнение температурной зависимости плотности жидкого карбонильного Ж. (см. ниже): d = 8,618 — 8,83∙10−4T г/см3. Теплоемкость медленно увеличивается с ростом температуры до 523 К, затем резко возрастает, достигая максимума в точке Кюри, после чего снижается; С0р 25,14 Дж/(моль∙К); S0298 27,30 Дж/(моль∙К); уравнение температурной зависимости давления пара: lgp (в мм рт. ст.) = — 19710/T — l,271gT + 13,27 (1808–3023 К); температурный коэф. линейного расширения 12∙10−6 К−1 (298 К), уравнение его температурной зависимости: α = 11,3∙10−6 + 17,6∙10−8t — 1,68∙10−11t2 oС−1 (0–800 °C). Теплопроводность [Вт/(м∙К)], 132 (100 К), 80,3 (300 К), 69,4 (400 К), 32,6 (1000 К), 31,8 (1500 К); для армко-Ж. (см. ниже) 74,7 (273 К), 72,8 (298 К), 67,6 (373 К). Для 99,99%-ного Ж. γ в атмосфере Не 1,72 Н/м (1535 °C); динамич. вязкость в интервале 1535–1700 °C изменяется от 6,8∙10−4 до 5,6∙10−4 Па∙с. Для 99,99%-ного Ж. ρ 0,0327 мкОм.см (4,2 К), 9,71 мкОм.см (293 К), температурный коэф. ρ 6,51∙10−3 К−1 (273–373 К); температура перехода в сверхпроводящее состояние 0,1125 К. Магн. проницаемость 1,45∙106 (для монокристалла), магн. индукция насыщения 2,18 Тл; коэрцитивная сила 5–6 А/м (для карбонильного Ж.). Для особо чистого Ж. (<10−7% C + N, 10−5% О, < 10−5% S) σраст 50 МПа, предел текучести 20 МПа при скорости деформации 5∙10−4 с−1 и размере зерна 1 мм; ударная вязкость более 300 Дж/см2; температура перехода в хрупкое состояние −85 °C; для совершенных кристаллов ("усов") σраст 13,4 ГПа. Твердость по Моосу 4–5. Для отожженного образца относит. удлинение 40–50%, модуль сдвига 76,4–78,4 ГПа, твердость по Бринеллю 588–686 МПа. Ж. — металл умеренной хим. активности. Стандартный электродный потенциал Fe2+/Fe0 −0,447 В, Fe3+/Fe0 −0,037 В, Fe3+/Fe2+ +0,771 В. Жидкое Ж. неограниченно растворяет Al, Cu, Mn, Ni, Co, Si, Ti, хорошо растворяет V, Cr и Pt, ограниченно — Mo, Sn, С, S, P, As, H2, N2, O2, не растворяет Pb, Ag, Bi. С углеродом образует твердые растворы внедрения — феррит и мартенсит с α-Fe, аустенит с γ-Fe. В железа сплавах углерод присутствует также в виде графита и цементита Fe3C (см. табл.). В зависимости от содержания С в Ж. различают: мягкое Ж. (< 0,2% С), сталь (0,2–1,7% С) и чугун (1,7–5% С). В сухом воздухе при температурах до 200 °C на поверхности компактного Ж. образуется тончайшая оксидная пленка, защищающая металл от дальнейшего окисления. Выше 200 °C скорость коррозии Ж. увеличивается, образуется слой окалины; внутр. зона ее состоит из вюстита FexО (х = 0,89–0,95), поверх него лежит слой Fe3O4, затем Fe2O3. Ржавление Ж. (атм. коррозия) во влажном воздухе, особенно содержащем капли морской воды, идет быстрее; ржавчина содержит также и гидроксиды Ж., в осн. FeO(OH). О кислородных соед. Ж. см. железа оксиды. Ж. не раств. в воде и растворах холодных щелочей, реагирует с разб. кислотами, образуя соли Fe(II), и горячими конц. растворами щелочей. Конц. HNO3 и H2SO4 пассивируют Ж. благодаря образованию нерастворимой в кислотах оксидной пленки. Азот в малых концентрациях образует с Ж. твердые растворы внедрения, в больших — нитриды Fe2N и др. При нормальном давлении ок. 917 °C растворимость N2 в α-Fe до 0,01 ат. %, в γ-Fe ок. 0,1 ат. %. Ж. способно поглощать H2 при травлении кислотами и в процессе катодного выделения Ж. при электролизе. Адсорбируясь на дефектах структуры, водород резко снижает прочность и пластичность Ж. (т. наз. водородная хрупкость). Твердое Ж. поглощает H2 с образованием твердых растворов внедрения. Растворимость H2 в Ж. при комнатной температуре менее 0,005%, в расплавленном Ж. — почти в 25 раз больше. Гидриды Ж. существуют только при высоких давлениях H2; известны гидриды интерметаллидов Ж., напр. TiFeH2 (см. гидриды). С CO Ж. образует железа карбонилы, в которых Ж. формально проявляет нулевую степень окисления. При нагр. Ж. реагирует с галогенами, особенно легко с Cl2, т. к. образующийся FeCl3 летуч (см. железа хлориды) и не создает на поверхности металла защитной пленки. Напротив, FeF3 нелетуч, поэтому компактное Ж. устойчиво к действию F2 до 250–300 °C.

железо

Реакция Ж. с S экзотермична, начинается при слабом нагревании, при этом образуется нестехиометрич. сульфид, близкий по составу к FeS. В природе распространен минерал пирит FeS2 (см. железа сульфиды). Фосфор при малых концентрациях дает с Ж. ограниченные твердые растворы, при больших концентрациях — фосфиды, из которых наиб. устойчивы Fe3P, Fe2P, FeP и FeP2. Ж. образует два ряда солей — соед. Fe(II) и Fe(III). Соли Fe(II) гидролизуются, в числе продуктов гидролиза образуются разл. полиядерные комплексы; на воздухе окисляются до Fe(III). Более устойчивы двойные соли, напр., соль Мора FeSO4.(NH4)2SO4.6H2O (см. железа сульфаты), и комплексные. В водном растворе Fe2+ образует аквакомплексы, напр., состава [Fe(H2O)6]2+ , часто сохраняющиеся и в высших кристаллогидратах солей. Растворы солей Fe2+ практически бесцветны, т. к. окраска [Fe(H2O)6]2+ очень слабая (зеленоватая). При действии Na2CO3 на растворы Fe2+ осаждается карбонат FeCO3, который при действии избытка CO2 переходит в раствор в виде Fe(HCO3)2. Наиб. прочные комплексы Fe(II) — цианистые, напр. K4[Fe(CN)6] (см. калия гексацианоферраты). Соли Fe(II) — восстановители в водных растворах. Соли Fe(III) образуются при окислении солей Fe(II) и др. способами; гидролизуются (с образованием разл. полиядерных комплексов) сильнее, чем соли Fe(II). Гидратир. ион Fe3+ почти бесцветен, но растворы солей Fe3+ обычно имеют бурую окраску из-за образования гидроксосоединений. Растворы Fe3+ с MNCS дают кроваво-красный раствор тиоцианата Fe(NCS)3, с K4[Fe(CN)6] — ярко-синий осадок берлинской лазури (турнбулевой сини) приблизительного состава KFeIII[FeII(CN)6]. При взаимодействии растворов солей Fe(III) с (NH4)2C2O4 образуется оксалат Fe2(C2O4)3 (т. разл. 100 °C), применяемый для получения светокопировальной бумаги. Сульфат Fe(III) образует двойные сульфаты (см. квасцы). Амминокомплексы Fe(II) и Fe(III) образуются при действии NH3 на безводные соли; водой разлагаются. Степень окисления +6 Ж. проявляет в ферратах(VI), напр. BaFeO4, K2FeO4, +4 — в тетранитрозиле Fe(NO)4, который образуется при действии NO на Ж. при повыш. давлении, и ферратах(IV) составов MIIFeO3, MI2FeO3, MI4FeO4, легко образующихся в водных щелочных средах при окислении O2. При анодном растворении Ж. при высоких плотностях тока образуется феррат(VШ) неопределенного состава. Об орг. соединениях Ж. см. железоорганические соединения, ферроцен.

Получение. Схема металлургич. передела железных руд включает дробление, измельчение, обогащение магн. сепарацией (до содержания Fe 64–68%), получение концентрата (74–83% Fe), плавку; осн. массу Ж. выплавляют в виде чугуна и стали (см. железа сплавы). Технически чистое Ж., или армко-Ж. (0,02% С, 0,035% Mn, 0,14% Cr, 0,02% S, 0,015% Р), выплавляют из чугуна в сталеплавильных печах или кислородных конвертерах. Чистое Ж. получают: восстановлением оксидов Ж. твердым (коксик, кам.-уг. пыль), газообразным (H2, CO, их смесь, прир. конвертированный газ) или комбинир. восстановителем; электролизом водных растворов или расплавов солей Ж.; разложением пентакарбонила Fe(CO)5 (карбонильное Ж.). Сварочное, или кричное, Ж. производят окислением примесей малоуглеродистой стали железистым шлаком при 1350 °C или восстановлением из руд твердым углеродом. Восстановлением оксидов Ж. при 750–1200 °C получают губчатое Ж. (97–99% Fe) — пористый агломерат частиц Ж.; пирофорно; в горячем состоянии поддается обработке давлением. Карбонильное Ж. (до 0,00016% С) получают разложением Fe(CO)5 при 300 °C в среде NH3 с послед. восстановит. отжигом в среде H2 при 500–600 °C; порошок с размером частиц 1–15 мкм; перерабатывается методами порошковой металлургии. Особо чистое Ж. получают зонной плавкой и др. методами.

Определение. Качественно Fe(II) обнаруживают по образованию берлинской лазури с K3[Fe(CN)6], Fe(III) — по образованию ее же с K2[Fe(CN)6] или Fe(CNS)3 с тиоцианатом аммония или К. Количественно Fe(II) определяют с помощью дихроматометрии или перманганатометрии, Fe(Ш) — иодометрич. или комплексонометрич. титрованием с трилоном Б и индикатором (сульфосалициловая кислота), Fe(II) и Fe(III) — колориметрически с сульфосалициловой кислотой. Для определения Ж. используют также спектральный, рентгенофлуоресцентный и термометрич. методы, мёссбауэровскую спектроскопию и др. Примеси в Ж. определяют методами газового анализа, масс-спектрометрическим, активационным, кондуктометрическим, спектральным и др.

Применение. Технически чистое Ж. — материал для сердечников электромагнитов и якорей электромашин, пластин аккумуляторов. Карбонильное Ж. используют для нанесения тончайших пленок и слоев на магнитофонные ленты, как катализатор, антианемич. средство и др. Из губчатого Ж. выплавляют высококачеств. стали. Железный порошок используют для сварки, а также для цементации меди. Искусств. радиоактивные изотопы 55Fe (T1/2 2,6 ч) и 59Fe (Tl/2 45,6 сут) — изотопные индикаторы.

Лит.: Федоров А. А., Новые методы анализа металлических порошков и шлаков, М., 1971, с. 62–109. 226–36; Каменецкая Д. С., Пилецкая И. Б., Ширяев В. И., Железо высокой степени чистоты. М., 1978; Каспарова О. В. [и др.], "Защита металлов". 1985, т. 21. № 3. с. 339–45; Перфильев Ю. Д. [и др.]. "Докл. АН СССР". 1987. т. 296, № 6, с. 1406–09. См. также лит. при ст. железа сплавы.

Е. Ф. Вегман

Источник: Химическая энциклопедия на Gufo.me

Значения в других словарях

  1. железо — -а, ср. 1. Химический элемент, тяжелый ковкий металл серебристого цвета, образующий в соединении с углеродом сталь и чугун. 2. Обиходное название малоуглеродистых сталей. Изделия из железа. || собир. Изделия из этого металла. Листовое железо. Малый академический словарь
  2. железо — Fe, серебристо-серый металл; химический элемент VIII группы периодической системы (ат. н. 26, ат. масса 55.84). Один из самых распространённых в природе металлов: содержится в земной коре (4. Техника. Современная энциклопедия
  3. железо — Желе́з/о. Морфемно-орфографический словарь
  4. Железо — (латинское Ferrum) Fe, химический элемент VIII группы периодической системы Менделеева; атомный номер 26, атомная масса 55,847; блестящий серебристо-белый металл. Большая советская энциклопедия
  5. железо — орф. железо, -а Орфографический словарь Лопатина
  6. железо — Древнерусское – железо. Старославянское – железо. Происхождение и точное время появления в языке слова остается невыясненным. Существует мнение, что слово образовалось в древнем неизвестном языке Европы. В древнерусском языке впервые зафиксировано в XI... Этимологический словарь Семёнова
  7. Железо — Железо (евр. барзел; греч. сидерос): 1) в Быт 4:22 говорится о Тувалкаине, к-рый был «ковачом всех орудий из меди и железа». При первых попытках обработки этого металла использовалось железо метеоритного происхождения... Библейская энциклопедия Брокгауза
  8. железо — Разменная монета Словарь воровского жаргона
  9. Железо — (англ. iron). Метеоритное Ж., с высоким содержанием никеля, встречается редко, в древности высоко ценилось из-за магических свойств, предполагавшихся в связи с небесным происхождением. В источниках имеются разрозненные сведения о расплавленном... Археологический словарь
  10. Железо — (Быт 4:22, Прит 27:17). Употребление означенного, хорошо известного и необходимого в общежитии металла ведет свое начало с глубочайшей древности. «Цилла также родила Тувалкаина, — говорится уже в начале кн. Библейская энциклопедия архим. Никифора
  11. железо — ЖЕЛЕЗО (Ferrum) , Fe, хим. элемент VIII гр. периодич. системы Менделеева. Металл. Содержание Ж. в литосфере 4,65% (по массе). Образует месторождения железных руд. Ок. 300 минералов (оксиды, сульфиды, силикаты, карбонаты и др.). Ср. содержание... Сельскохозяйственный словарь
  12. железо — Жел’езо — металл орудий труда и войны, начал употребляться человеком в глубокой древности (Быт.4:22). Ни в скинии, ни в храме не было ни одной железной детали (хотя в храме были какие-то железные части во внешнем ограждении, 1Пар.22:3 ; 1Пар.29:2). Библейский словарь Вихлянцева
  13. железо — Общеслав. Суф. производное (суф. -z-, ср. с другим суф. польск. żeliwo «чугун») от той же основы (*gel-), что и желвак, голова, глаз. Металл был назван словом, ранее обозначавшим камень и кость по той же функции и сходству с последними. Этимологический словарь Шанского
  14. Железо — Fe (a. iron; н. Eisen; ф. fer; и. hierro), — хим. элемент VIII группы периодич. системы элементов Mенделеева, ат.н. 26, ат. м. 55,847. Природное Ж. состоит из 4 стабильных изотопов: 54Fe (5,84%), 56Fe (91,68%), 57Fe (2,17%) и 58Fe (0,31%). Горная энциклопедия
  15. ЖЕЛЕЗО — ЖЕЛЕЗО (символ Fe), распространенный ПЕРЕХОДНОЙ ЭЛЕМЕНТ, известный с древних времен. К основным железосодержащим рудам относятся: ГЕМАТИТ (Fе2О3), МАГНЕТИТ (Fe3O4) и КОЛЧЕДАН (FeS2). Научно-технический словарь
  16. Железо — I Железо (Ferrum, Fe) химический элемент VIII группы периодической системы Д.И. Менделеева, входит в состав дыхательных пигментов, в т.ч. гемоглобина, участвует в связывании и переносе кислорода к тканям в организме животных и человека. Медицинская энциклопедия
  17. железо — ЖЕЛЕЗО -а; ср. 1. Химический элемент (Fe), ковкий металл серебристого цвета, образующий в соединении с углеродом сталь и чугун. 2. Обиходное название малоуглеродистой стали, металла серебристого цвета. Ковать ж. Ветер стучит железом крыши. Толковый словарь Кузнецова
  18. железо — ЖЕЛЕЗО ср. залезо, зализо южн. зап. металл, крушец, выплавляемый из руды в виде чугуна, и выковываемый из сего последнего под кричным молотом. В соединении с углеродом, оно образует сталь. Толковый словарь Даля
  19. железо — ЖЕЛЕЗО, а, ср. 1. Химический элемент, серебристо-белый металл, главная составная часть чугуна и стали. 2. Изделия из такого металла. Кровельное ж. 3. Лекарство, содержащее препараты такого химического элемента. Принимать ж. | прил. Толковый словарь Ожегова
  20. железо — ЖЕЛ’ЕЗО, железа, мн. (только ·устар. ·поэт.) железы, ср. 1. только ед. Самый распространенный в природе тяжелый металл серебристого цвета, с примесью разных количеств углерода, образующий сталь и чугун. Изделия из железа. Толковый словарь Ушакова
  21. железо — Общеславянское слово, восходящее к той же основе gel, что и желвак, железа и т. п. Основа gel когда-то имела значение "камень", а смысловой переход с камня на название металла произошел в силу того, что железо в породе имеет вид камня. Этимологический словарь Крылова
  22. железо — железо ср. 1. Химический элемент, твёрдый ковкий металл серебристого цвета, образующий в соединении с углеродом сталь и чугун. 2. разг. Лекарственный препарат, содержащий соединения такого элемента. 3. Малоуглеродистая сталь. || разг. Изделия из такой стали. Толковый словарь Ефремовой
  23. ЖЕЛЕЗО — ЖЕЛЕЗО (лат. Ferrum) — Fe, химический элемент VIII группы периодической системы, атомный номер 26, атомная масса 55,847. Блестящий серебристо-белый металл. Образует полиморфные модификации; при обычной температуре устойчиво ?... Большой энциклопедический словарь
  24. железо — желе́зо диал. зеле́зо, зяле́зо, укр. залíзо, желíзо, блр. зеле́зо, зале́зо, ст.-слав. желѣзо σίδηρος, желѣзнъ σιδηροῦς, болг. желя́зо, сербохорв. жѐљезо, словен. želézo, чеш., слвц. železo, польск. żelazo, в.-луж., н.-луж. železo. Родственно лит. Этимологический словарь Макса Фасмера
  25. Железо — (техн.) — Ж. есть наиболее распространенный и наиболее употребительный из металлов. Ж. было известно еще египтянам во время постройки пирамид; у греков упоминается о нем в "Илиаде" Гомера, причем о нем говорится, как о трудно обрабатываемом металле... Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона