Железо
Общая характеристика
Железо – элемент побочной подгруппы VIII группы Периодической системы. В природе – четыре стабильных изотопа железа с массовыми числами 54, 56, 57 и 58. В естественном железе преобладает 56Fe – мольная доля 91,68%. По распространенности в земной коре железо занимает 4-е место – его массовая доля 4,65%.
В природе
встречается как в свободном состоянии – железные метеориты, так
и в виде минералов, из которых наибольшее значение имеют бурый
железняк FeOOH
H2O, красный
железняк Fe2O3, магнитный железняк
Fe3O4, шпатовый железняк или сидерит
FeCO3.
Электронное строение внешнего уровня атома железа 3s23p63d64s2. В соединениях железо проявляет степени окисления от 0 до +7, наиболее устойчивы +2, +3, +6.
Физические свойства
Металл серо-стального
цвета, температура плавления 1539oС,кипения
2870oС, плотность 7,8г/см3. До температуры
912oС устойчива 
–модификация железа (кубическая объемноцентрированная решетка),
в интервале 912-1394oС - 
-железо (кубическая гранецентрированная решетка) и от
1394oC до плавления – снова -железо. Металлическое железо пластично. Является
ферромагнетиком, при 769oС (температура Кюри)
ферромагнитные свойства железа исчезают.
Химические свойства
Железо – металл средней химической активности. При нагревании взаимодействует почти со всеми неметаллами, например, сгорает в атмосфере хлора:
или кислорода, при этом, в зависимости от исходного состояния железа, образуются разные продукты. Например, компактный металл образует железную окалину:
а порошок – оксид железа (III):
C углеродом, кремнием, фосфором, азотом железо образует как твердые растворы, так и металлоподобные соединения, в которых атомы неметалла внедряются в пустоты кристаллической решетки железа, например Fe3C, Fe3Si, Fe3P, Fe4N, Fe2N. Твердость подобных соединений обычно значительно выше твердости чистого железа. При растворении водорода в железе оно становится хрупким – это явление называют «водородная хрупкость железа».В присутствии влаги на железо уже при комнатной температуре взаимодействует с кислородом воздуха (ржавеет):
xH2OЖелезо легко растворяется в разбавленных растворах кислот, образуя соли железа (II), например:
Концентрированные азотная и серная кислоты пассивируют железо.
В обычных условиях железо в щелочах не растворяется.
Получение
Основной способ получения железа – восстановление его оксидов углеродом. С точки зрения химии процесс не менялся со времен его открытия (II-тысячелетие до нашей эры), менялось только его техническое оформление. В настоящее время используется доменный процесс, проводимый в вертикальных печах – домнах, заполняемых смесью железной руды и кокса. В нижнюю часть домны вдувают воздух, иногда обогащенный кислородом. При этом углерод окисляется:
Поднимаясь вверх через слой кокса и руды, СО2 восстанавливается до СО:
Который восстанавливает руду:
Расплавленное железо стекает в нижнюю часть доменной печи, откуда его периодически сливают. Попутно из примесей, содержащихся в руде, образуется смесь силикатов и фосфатов, в основном кальция, называемая шлаком. Железо, получаемое таким способом, содержит значительные количества углерода, в технологии его называют чугуном. Для переработки железа в сталь используют мартеновский, конвертерный («бессемеровский») и некоторые другие процессы. В древности, когда вместо кокса использовали древесный уголь и не доводили получаемое железо до плавления – для очистки от шлака использовали проковку образовавшегося железа – качество получаемого металла было значительно выше современного, что позволяло сразу использовать его для изготовления изделий (например, «булатная» сталь).
Применение
Железо – главный конструкционный металл современной технологии. Применяется железо в основном в виде сплавов – чугунов и сталей.