Железо.Свойства железа.

Это интересно...

Удивительные факты о железе.

1.В 1813 году во время войны с Наполеоном прусская принцесса Марианна придумала способ пополнения казны. Немецким женщинам предложили обменивать золотые украшения на аналогичные ювелирные предметы из железа, на которых был надпись «Gold gab ich für Eisen» («Золотом отдам я за Железо»). Ношение таких украшений быстро вошло в моду и подчёркивало патриотизм обладательницы. Похожая идея способствовала созданию в том же 1813 году одной из самых знаменитых немецких наград, Железного креста. В отличие от других существующих медалей, Железный крест из драгоценного имел только скромную серебряную оправу.

  2.Ледник Тейлора в Антарктиде знаменит Кровавым водопадом. Содержащееся в нем в двухвалентное железо, окисляясь кислородом воздуха, образует красного цвета окись железа, которое придаёт водопаду кроваво-рыжий оттенок. Производят двухвалентное железо бактерии, живущие на глубине под толщей льда.

3.На дне Индийского океана в области гидротермальных источников существуют улитки, раковина которых состоит из трех слоев: арагонита (материала обычного для моллюска), мягкого среднего слоя из органического наполнителя и внешнего из минерала железа. Кроме того, минералы железа входят в состав чешуек, покрывающих ногу улитки.

4.Атомиум — это гигантская молекула железа построенная в Брюсселе в 1958 году. Имеет девять круглых сфер диаметром 18 м, и является увеличенной копией молекулы железа в 165 миллиардов. Высота 102 метра, а суммарный вес этой конструкции превышает 2400 тонн. Туристы могут передвигаться от сферы к сфере по трубам длинна которых составляет 23 метра.

5.В Дели есть колонна, сделанная из железа, в котором есть немного примесей. Фактически это чистое железо. За много веков часть, которая находится на воздухе, практически не окислилась (вероятно, из-за сухости воздуха и наличию в составе фосфора), часть колонны, которая находится в земле, покрыта сантиметровым слоем ржавчины. Так что ничего сверхъестественного в том, что колона не ржавеет нет. Колонна изготовлена методом ковки отдельных криц, о чем говорят следы ковки и сварки (сварка также была сделана методом ковки).

Железо – химический элемент

 Положение железа в периодической таблице химических элементов и строение его атома

Железо - это d- элемент VIII группы; порядковый номер – 26; атомная масса Ar(Fe) = 56; состав атома: 26-протонов; 30 – нейтронов; 26 – электронов.

 Схема строения атома:

Электронная формула: 1s22s22p63s23p63d64s2

 Металл средней активности, восстановитель:

Fe0-2e-→Fe+2, окисляется восстановитель

Fe0-3e-→Fe+3, окисляется восстановитель

 Основные степени окисления: +2, +3

Распространённость железа

Железо – один из самых распространенных элементов в природе. В земной коре его массовая доля составляет 5,1%, по этому показателю оно уступает только кислороду, кремнию и алюминию. Много железа находится и в небесных телах, что установлено по данным спектрального анализа. В образцах лунного грунта, которые доставила автоматическая станция “Луна”, обнаружено железо в неокисленном состоянии.

Железные руды довольно широко распространены на Земле. Названия гор на Урале говорят сами за себя: Высокая, Магнитная, Железная. Агрохимики в почвах находят соединения железа. Железо входит в состав большинства горных пород. Для получения железа используют железные руды с содержанием железа 30-70% и более.

Основными железными рудами являются:

 Роль железа в жизни человека и растений

Биохимики открыли важную роль железа в жизни растений, животных и человека. Входя в состав чрезвычайно сложно построенного органического соединения, называемого гемоглобином, железо обусловливает красную окраску этого вещества, от которого в свою очередь, зависит цвет крови человека и животных. В организме взрослого человека содержится 3 г чистого железа, 75% которого входит в состав гемоглобина. Основная роль гемоглобина – перенос кислорода из легких к тканям, а в обратном направлении – CO2.

 Железо необходимо и растениям. Оно входит в состав цитоплазмы, участвует в процессе фотосинтеза. Растения, выращенные на субстрате, не содержащем железа, имеют белые листья. Маленькая добавка железа к субстрату – и они приобретают зеленый цвет. Больше того, стоит белый лист смазать раствором соли, содержащей железо, и вскоре смазанное место зеленеет.  Так от одной и той же причины – наличия железа в соках и тканях – весело зеленеют листья растений и ярко румянятся щеки человека.

Физические свойства железа

Железо – это серебристо-серый металл. Температура плавления чистого железа (99,9917 %) равна 1539 °С, кипения - 3200 °С. Удельный вес его равен 7874 кг/м3. Очень пластичный, поэтому легко обрабатывается, куется, прокатывается, штампуется. Железо обладает способностью намагничиваться и размагничиваться, поэтому применяется в качестве сердечников электромагнитов в различных электрических машинах и аппаратах. Ему можно придать большую прочность и твердость методами термического и механического воздействия, например, с помощью закалки и прокатки.

Различают химически чистое и технически чистое железо. Технически чистое железо, по сути, представляет собой низкоуглеродистую сталь, оно содержит 0,02 -0,04% углерода, а кислорода, серы, азота и фосфора – еще меньше. Химически чистое железо содержит менее 0,01% примесей. Химически чистое железо – серебристо-серый, блестящий, по внешнему виду очень похожий на платину металл. Химически чистое железо устойчиво к коррозии  и хорошо сопротивляется действию кислот. Однако ничтожные доли примесей лишают его этих драгоценный свойств.

Аллотропия железа 

Понятие аллотропия (от греч. allos - другой и tropos - направление) означает существование одного и того же химического элемента в виде двух или нескольких простых веществ. Аллотропия может быть результатом образования молекул с различным числом атомов (например, кислород О2 и озон О3) или различных кристаллических форм (например, углерод образует графит и алмаз). Таким образом, различные кристаллические формы железа называют полиморфными или аллотропическими модификациями.

Особенно важным свойством железа является его аллотропия, т.е. наличие нескольких кристаллических модификаций, что дает возможность упрочнять сплавы на основе железа. 

Получение железа

Восстановлением из оксидов углём или оксидом углерода (II), а также водородом:

FeO + C = Fe + CO

Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O

Получение железа алюминотермией

Алюминий используется для получения некоторых металлов. Этот метод называется  алюминотермией. Метод основан на том, что порошкообразный алюминий  при воспламенении восстанавливает оксиды многих металлов. При этом образуется очень чистый, свободный от углерода металл. Получим железо способом алюминотермии. Смесь порошкообразного алюминия и оксидов железа называется термитом. Приготовим термит и подожжем его. При горении термита алюминий восстанавливает железо из его оксида.

Fe2O3 + 2 AI = AI2O3 + 2 Fe

Химические свойства железа

1) На воздухе железо легко окисляется в присутствии влаги (ржавление):

4Fe + 3O2 + 6H2 O = 4Fe(OH)3

 2) Накалённая железная проволока горит в кислороде, образуя окалину - оксид железа (II,III) - вещество чёрного цвета:

 3Fe + 2O2 = Fe3O4

Взаимодействие железа с кислородом

3)  При высокой температуре (700–900°C) железо реагирует с парами воды:

 3Fe + 4H2O  t˚C→  Fe3O4 + 4H2

 4)     Железо реагирует с неметаллами при нагревании:

 2Fe + 3Br2  t˚C→  2FeBr3

Fe + S  t˚C→  FeS

 5)     Железо легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах при обычных условиях:

 Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

Fe + H2SO4(разб.) = FeSO4 + H2

 6) В концентрированных кислотах – окислителях железо растворяется только при нагревании. На холоде концентрированные азотная и серная кислоты пассивируют железо!

Взаимодействие железа с концентрированными кислотами

Безводная серная и азотная кислоты пассивируют железо, не реагируют с ним. Однако концентрированные растворы этих кислот растворяют железо. 

Концентрированная азотная кислота бурно реагирует с железом. Продукты реакции – нитрат железа (III) и бурый газ – диоксид азота (IV).

Fe + 6HNO3 = Fe(NO3)3 + 3NO2↑  + 3H2O

Концентрированная серная кислота тоже реагирует с железом. Выделяется сернистый газ.

2Fe + 6H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O

И в том, и в другом случае происходит окисление железа до степени окисления +III. Даже небольшие количества воды, содержащиеся в концентрированных кислотах, сильно влияют на их свойства. Концентрированные и безводные кислоты – не одно и то же.

7)     Железо вытесняет металлы, стоящие правее его в ряду напряжений из растворов их солей.

 Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu

Кроссенс – это ассоциативная головоломка.

 Название «кроссенс» переводится с английского языка как  «пересечение смыслов»

 и придумано по аналогии с словом «кроссворд»,  что означает «пересечение слов»…

Рассмотрите изображения. Как они связаны с темой этого урока?

Найдите ассоциации с изображениями и темой урока.

Тест  для 11 класса! Не нужно выполнять 9 классам (:

Выполните тест (10 вопросов ) в формате ЕГЭ для 11 класса.

Тренажёр  - Уравнения реакций железа с простыми и сложными веществами