- Железо, свойства атома, химические и физические свойства
- Железо, свойства атома, химические и физические свойства.
- Атом и молекула железа. Формула железа. Строение атома железа:
- Изотопы и модификации железа:
- Свойства железа (таблица): температура, плотность, давление и пр.:
- Физические свойства железа:
- Химические свойства железа. Взаимодействие железа. Химические реакции с железом:
Железо, свойства атома, химические и физические свойства
Железо, свойства атома, химические и физические свойства.
55,845(2) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2
Железо — элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 26. Расположен в 8-й группе (по старой классификации — побочной подгруппе восьмой группы), четвертом периоде периодической системы.
Физические свойства железа
Атом и молекула железа. Формула железа. Строение атома железа:
Железо (лат. Ferrum) – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением Fe и атомным номером 26. Расположен в 8-й группе (по старой классификации – побочной подгруппе восьмой группы), четвертом периоде периодической системы.
Железо – металл. Относится к группе переходных металлов. Относится к чёрным металлам .
Железо обозначается символом Fe.
Как простое вещество железо при нормальных условиях представляет собой ковкий, вязкий металл серебристо-белого цвета с сероватым оттенком с высокой химической реакционной способностью. Собственно железом обычно называют его сплавы с малым содержанием примесей (до 0,8 %), которые сохраняют мягкость и пластичность чистого металла. На практике чаще применяются сплавы железа с углеродом: сталь (до 2,14 вес. % углерода) и чугун (более 2,14 вес. % углерода), а также нержавеющая (легированная) сталь с добавками легирующих металлов (хром, марганец, никель и др.).
Молекула железа одноатомна.
Химическая формула железа Fe.
Электронная конфигурация атома железа 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 . Потенциал ионизации (первый электрон) атома железа равен 762,47 кДж/моль (7,9024681(12) эВ).
Строение атома железа. Атом железа состоит из положительно заряженного ядра (+26), вокруг которого по четырем оболочкам движутся 26 электронов. При этом 24 электрона находятся на внутреннем уровне, а 2 электрона – на внешнем. Поскольку железо расположено в четвертом периоде, оболочек всего четыре. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внутренняя оболочка представлена s- и р-орбиталями. Третья – внутренняя оболочка представлена s-, р- и d-орбиталями. Четвертая – внешняя оболочка представлена s-орбиталью. На внутреннем энергетическом уровне атома железа на 3d-орбитали находится два спаренных и четыре неспаренных электрона. На внешнем энергетическом уровне атома железа – на s-орбитали находится два спаренных электрона. В свою очередь ядро атома железа состоит из 26 протонов и 30 нейтронов.
Радиус атома железа (вычисленный) составляет 156 пм.
Атомная масса атома железа составляет 55,845(2) а. е. м.
Железо – один из самых распространённых в земной коре металлов – занимает четвертое место. Содержание в земной коре железа составляет 6,3 % (по массе). По этому показателю железо уступает только кислороду, кремнию и алюминию.
Изотопы и модификации железа:
Свойства железа (таблица): температура, плотность, давление и пр.:
| 100 | Общие сведения | |
| 101 | Название | Железо |
| 102 | Прежнее название | |
| 103 | Латинское название | Ferrum |
| 104 | Английское название | Iron |
| 105 | Символ | Fe |
| 106 | Атомный номер (номер в таблице) | 26 |
| 107 | Тип | Металл |
| 108 | Группа | Амфотерный, переходный, чёрный металл |
| 109 | Открыт | Известно с глубокой древности |
| 110 | Год открытия | до 5000 года до н. э. |
| 111 | Внешний вид и пр. | Ковкий, вязкий металл серебристо-белого цвета с сероватым оттенком |
| 112 | Происхождение | Природный материал |
| 113 | Модификации | |
| 114 | Аллотропные модификации | 5 аллотропных модификации железа: – α-железо (феррит) с кубической объемно-центрированной кристаллической решёткой и свойствами ферромагнетика, – β-железо с кубической объёмно-центрированной кристаллической решёткой, отличающееся от α-железа параметрами кристаллической решётки и свойствами парамагнетика. β-железо служит для обозначения α-железа выше точки Кюри (точка Кюри железа 769 °C), – γ-железо (аустенит) с кубической гранецентрированной кристаллической решёткой, – δ-железо с кубической объёмно-центрированной кристаллической решёткой, – ε-железо с гексагональной плотноупакованной кристаллической решёткой |
| 115 | Температура и иные условия перехода аллотропных модификаций друг в друга* | |
| 116 | Конденсат Бозе-Эйнштейна | |
| 117 | Двумерные материалы | |
| 118 | Содержание в атмосфере и воздухе (по массе) | 0 % |
| 119 | Содержание в земной коре (по массе) | 6,3 % |
| 120 | Содержание в морях и океанах (по массе) | 3,0·10 -7 % |
| 121 | Содержание во Вселенной и космосе (по массе) | 0,11 % |
| 122 | Содержание в Солнце (по массе) | 0,1 % |
| 123 | Содержание в метеоритах (по массе) | 0,22 % |
| 124 | Содержание в организме человека (по массе) | 0,006 % |
| 200 | Свойства атома | |
| 201 | Атомная масса (молярная масса) | 55,845(2) а. е. м. (г/моль) |
| 202 | Электронная конфигурация | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 |
| 203 | Электронная оболочка | K2 L8 M14 N2 O0 P0 Q0 R0
|
| 204 | Радиус атома (вычисленный) | 156 пм |
| 205 | Эмпирический радиус атома* | 140 пм |
| 206 | Ковалентный радиус* | 123 пм – low-spin, 152 пм – high-spin |
| 207 | Радиус иона (кристаллический) | Fe 2+ low spin (в скобках указано координационное число – характеристика, которая определяет число ближайших частиц (ионов или атомов) в молекуле или кристалле) |
| 208 | Радиус Ван-дер-Ваальса | |
| 209 | Электроны, Протоны, Нейтроны | 26 электронов, 26 протонов, 30 нейтронов |
| 210 | Семейство (блок) | элемент d-семейства |
| 211 | Период в периодической таблице | 4 |
| 212 | Группа в периодической таблице | 8-ая группа (по старой классификации – побочная подгруппа 8-ой группы) |
| 213 | Эмиссионный спектр излучения |  |
| 300 | Химические свойства | |
| 301 | Степени окисления | -4, -2, -1, 0, +1, +2 , +3 , +4, +5, +6 , +7 |
| 302 | Валентность | II, III |
| 303 | Электроотрицательность | 1,83 (шкала Полинга) |
| 304 | Энергия ионизации (первый электрон) | 762,47 кДж/моль (7,9024681(12) эВ) |
| 305 | Электродный потенциал | Fe 2+ + 2e – → Fe, E o = -0,440 В, Fe 3+ + e – → Fe 2+ , E o = +0,771, Fe 3+ + 3e – → Fe, E o = -0,037 В |
| 306 | Энергия сродства атома к электрону | 14,785(4) кДж/моль (0,153236(35) эВ) |
| 400 | Физические свойства | |
| 401 | Плотность | 7,874 г/см 3 (при 0 °C/20 °C и иных стандартных условиях , состояние вещества – твердое тело), 6,98 г/см 3 (при температуре плавления 1538 °C и иных стандартных условиях , состояние вещества – жидкость), 6,9 г/см 3 (при 1589 °C и иных стандартных условиях , состояние вещества – жидкость) |
| 402 | Температура плавления* | 1538 °C (1811 K, 2800 °F) |
| 403 | Температура кипения* | 2861 °C (3134 K, 5182 °F) |
| 404 | Температура сублимации | |
| 405 | Температура разложения | |
| 406 | Температура самовоспламенения смеси газа с воздухом | |
| 407 | Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл)* | 13,81 кДж/моль |
| 408 | Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип)* | 340 кДж/моль |
| 409 | Удельная теплоемкость при постоянном давлении | 0,448 Дж/г·K (при 25 °C), 0,64 Дж/г·K (при 0-1000 °C) |
| 410 | Молярная теплоёмкость* | 25,10 Дж/(K·моль) |
| 411 | Молярный объём | 7,0923 см³/моль |
| 412 | Теплопроводность | 80,4 Вт/(м·К) (при стандартных условиях ), 80,4 Вт/(м·К) (при 300 K) |
| 500 | Кристаллическая решётка | |
| 511 | Кристаллическая решётка #1 | α-железо (феррит) |
| 512 | Структура решётки | Кубическая объёмно-центрированная
|
| 513 | Параметры решётки | 2,866 Å |
| 514 | Отношение c/a | |
| 515 | Температура Дебая | 460 K |
| 516 | Название пространственной группы симметрии | Im_ 3m |
| 517 | Номер пространственной группы симметрии | 229 |
| 511 | Кристаллическая решётка #2 | γ-железо (аустенит) |
| 512 | Структура решётки | Кубическая гранецентрированная
|
| 513 | Параметры решётки | 3,656 Å |
| 514 | Отношение c/a | |
| 515 | Температура Дебая | |
| 516 | Название пространственной группы симметрии | Fm_ 3m |
| 517 | Номер пространственной группы симметрии | 225 |
| 521 | Кристаллическая решётка #3 | δ-железо |
| 522 | Структура решётки | Кубическая объёмно-центрированная
|
| 523 | Параметры решётки | 2,93 Å |
| 524 | Отношение c/a | |
| 525 | Температура Дебая | |
| 526 | Название пространственной группы симметрии | Im_ 3m |
| 527 | Номер пространственной группы симметрии | 229 |
| 900 | Дополнительные сведения | |
| 901 | Номер CAS | 7439-89-6 |
205* Эмпирический радиус атома железа согласно [1] и [3] составляет 126 пм.
206* Ковалентный радиус железа согласно [1] составляет 132±3 пм (low-spin) и 152±6 пм (high-spin), ковалентный радиус железа согласно [3] [Россия] составляет 117 пм.
402* Температура плавления железа согласно [3] и [4] составляет 1538,85 °C (1812 К, 2801,93 °F) и 1539 °C (1812,15 К, 2802,2 °F) соответственно.
403* Температура кипения железа согласно [4] составляет 2870 °C (3143,15 К, 5198 °F).
407* Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл) железа согласно [3] и [4] составляет 13,8 кДж/моль.
408* Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип) железа согласно [4] составляет 350 кДж/моль.
410* Молярная теплоемкость железа согласно [3] составляет 25,14 Дж/(K·моль).
Физические свойства железа:
Химические свойства железа. Взаимодействие железа. Химические реакции с железом:
1. Реакция взаимодействия железа и углерода:
В результате реакции образуется карбид железа.
2. Реакция взаимодействия железа и кислорода:
Первая реакция – это реакция сгорания железа на воздухе. Вторая реакция происходит при продувании воздуха через расплавленный чугун.В результате первой реакции образуется оксида железа (II, III), в результате второй – оксид железа (II), в результате третьей – оксид железа (III).
3. Реакция взаимодействия железа и красного фосфора:
Fe + 3P → Fe3P (t = 600-700 °C).
В результате реакции образуются фосфид железа. Так же образуются Fe2P, FeP, FeP2.
4. Реакция взаимодействия хлора и железа:
В результате реакции образуется хлорида железа.
5. Реакция взаимодействия железа и серы:
Fe + S → FeS (t = 600-700 °C),
Fe + 2S → FeS2 (t = 689 °C).
В результате первой реакции образуется сульфид железа, в результате второй – дисульфид железа.
6. Реакция взаимодействия железа и фтора:
В результате реакции образуется фторида железа.
7. Реакция взаимодействия железа и брома:
В результате реакции образуется бромид железа. В ходе реакции используется бром в виде насыщенного раствора. Реакция протекает при кипении.
8. Реакция взаимодействия железа и селена:
Fe + Se → FeSe (t = 600-950 °C).
В результате реакции образуется селенид железа.
9. Реакция взаимодействия железа и брома:
В результате реакции образуется бромид железа.
10.Реакция взаимодействия железа и иода:
В результате первой реакции образуется иодид железа, в результате второй – иодида железа (II, III). Вторая реакция медленно протекает при растирании реакционной смеси.
11. Реакция взаимодействия железа и теллура:
Fe + Te → FeTe (t = 500 °C).
В результате реакции образуется теллурид железа. Реакция протекает при температуре 600-950°C.
12. Реакция взаимодействия кремния и железа:
В результате реакции образуется силицид железа. Реакция протекает при сплавлении реакционной смеси.
13. Реакция взаимодействия железа, кремния и кислорода:
2Fe + 2Si + 3O2 → 2FeSiO3 (t = 1100-1300 °C).
В результате первой реакции образуется ортосиликат железа, в результате второй – метасиликат железа.
14. Реакция взаимодействия железа, азота и лития:
В результате реакции образуется динитридоферрат лития .
15. Реакция взаимодействия железа и оксида углерода:
Fe + 5CO → [Fe(CO)5] (t = 150-200 °C).
В результате реакции образуется пентакарбонил железа. Порошок железа нагревается в струе CO при давлении 1·10 7 -2·10 7 Па).
16. Реакция взаимодействия железа и оксида серы:
В результате реакции образуются сульфит железа и тиосульфат железа. В ходе реакции используется влажный оксид серы. Реакция медленно протекает при комнатной температуре.
17. Реакция взаимодействия железа и воды:
В результате реакции образуются оксид железа (II,III) и водород. Реакция протекает при температуре не более 570°C. Данная реакция является исторически первым способом получения водорода.
18. Реакция взаимодействия железа, воды и кислорода:
В результате реакции образуется гидроксид железа. Реакция протекает медленно. Коррозия железа.
19. Реакция взаимодействия железа, воды, кислорода и оксида углерода:
В результате реакции образуется гидрокарбонат железа. Реакция протекает медленно.
20. Реакция взаимодействия оксида железа (III) и железа:
В результате реакции образуется оксида железа (II).
21. Реакция взаимодействия оксида железа (II, III) и железа:
В результате реакции образуется оксид железа (II).
22. Реакция взаимодействия оксида циркония(IV), углерода и железа:
ZrO2 + 2C + Fe → (Zr,Fe) + 2CO (t = 1400-1600 °C).
В результате реакции образуются ферроцирконий и оксид углерода .
23. Реакция взаимодействия железа, метагидроксида никеля и воды:
В результате реакции образуются гидроксид железа и гидроксид никеля – никель-железный гальванический элемент.
24. Реакция взаимодействия железа и азотной кислоты:
В результате первой реакции образуются нитрат железа, оксид азота (IV) и вода, в результате второй – нитрат железа, оксид азота (II) и вода , в результате третьей – нитрат железа, азот и вода . В ходе первой реакции используется концентрированная азотная кислота, в ходе второй – 50%-й раствор азотной кислоты, в ходе третьей – очень разбавленный раствор азотной кислоты. В ходе четвертой реакции образуется также примесь – N2O, NH4NO3.
25. Реакция взаимодействия железа, азотной кислоты и кислорода:
В результате реакции образуются нитрат железа и вода . Это промышленный метод получения нитрата железа.
26. Реакция взаимодействия железа и азотной кислоты:
В результате реакции образуются. В ходе реакции используется. Реакция взаимодействия железа и ортофосфорной кислоты:
В результате реакции образуются гидроортофосфат железа, ортофосфат железа и водород . В ходе реакции используется разбавленный раствор ортофосфорной кислоты.
27. Реакция взаимодействия железа и фтороводорода:
В результате реакции образуются фторид железа и водород . В ходе реакции используется разбавленный раствор фтороводорода.
28. Реакция взаимодействия железа и бромоводорода:
Fe + 2HBr м FeBr2 + H2 (t = 800-900 °C).
В результате реакции образуются бромид железа и водород.
29. Реакция взаимодействия железа, гидроксида натрия и воды:
В результате реакции образуются тетрагидроксоферрат натрия и водород. Реакция протекает при кипении раствора в атмосфере азота.
30. Реакция электролиза концентрированного водного раствора гидроксида калия и железа:
В результате реакции образуются феррат калия и водород.
31. Реакция взаимодействия железа, пероксида калия и воды:
В результате реакции образуются феррат железа и гидроксид калия . Реакция медленно протекает в концентрированном растворе гидроксида калия.
32. Реакция взаимодействия железа и аммиака:
В результате реакции образуются нитрид железа и водород. Так же образуются FeN, Fe4N.
33. Реакция взаимодействия хлорида меди и железа:
В результате реакции образуются хлорид железа и медь .
34. Реакция взаимодействия железа, гидроксида натрия, кислорода и воды:
В результате реакции образуются октагидроксоферрат и натрий . В ходе реакции используется 50%-й раствор гидроксида натрия.
35. Реакция взаимодействия железа, гидроксида натрия, брома и воды:
В результате реакции образуются гептагидроксоакваферрат натрия и бромид натрия . В ходе реакции используется 50%-й раствор гидроксида натрия .
36. Реакция взаимодействия сульфида свинца и железа :
PbS + Fe → Pb + FeS (t = 1000 °C).
В результате реакции образуются свинец и сульфид железа.
37. Реакция взаимодействия железа и бензола:
В результате реакции образуются карбид железа и водород . Реакция протекает в вакууме.
38. Реакция взаимодействия железа, карбоната калия и серы :
В результате реакции образуются дисульфидоферрат калий, сульфат калия и оксид углерода .
39. Реакция взаимодействия железа, хлорида нитроила и воды:
В результате реакции образуются хлорид железа, азотная кислота и водород .
40. Реакция взаимодействия железа, иодата натрия и пероксида водорода:
В результате реакции образуются иодид натрия и метагидроксид железа. Реакция протекает при кипении на воздухе .
41. Реакция взаимодействия сульфида сурьмы и железа:
Sb2S3 + 3Fe → 2Sb + 3FeS (t = 600-1300 °C).
В результате реакции образуются сурьма и сульфид железа. Сплавление реакционной смеси.
42. Реакция взаимодействия сульфида висмута и железа:
Bi2S3 + 3Fe → 2Bi + 3FeS (t = 1000 °C).
В результате реакции образуются висмут и сульфид железа.
43. Реакция взаимодействия хлорида сурьмы и железа:
В результате реакции образуются сурьма и хлорид железа. Реакция протекает в концентрированном растворе хлороводорода.
44. Реакция взаимодействия хлорида ванадия и железа:
3VCl4 + 4Fe → 3V + 4FeCl3 (t = 900 °C).
В результате реакции образуются ванадий и хлорид железа.
45. Реакция взаимодействия нитрата меди и железа:
В результате реакции образуются нитрат железа и меди .
46. Реакция взаимодействия нитрата серебра и железа:
В результате реакции образуются нитрат железа и серебро.
47. Реакция взаимодействия железа и сульфата меди :
В результате реакции образуются сульфат железа и медь.
Источник