Żelazo

Symbol: Fe
Nazwa polska: Żelazo
Nazwa angielska: Iron
Nazwa niemiecka: das Eisen
Nazwa łacińska: Ferrum
Grupa: VIII (8)
Okres: 4
Liczba atomowa: 26
Masa atomowa : 55.847
Stan skupienia (20°C, 1 atm.): ciało stałe
Kolor: srebrzysty o metalicznym połysku
Zapach: --
  
55.847 
  1.83
+2, +3 
  od starożyt  
26Fe 
[Ar]3d64s2
Żelazo

Opis:
Żelazo jest srebrzystoszarym, ciągliwym i kowalnym metalem topiącym się w wysokiej temperaturze. Jest ferromagnetykiem. Występuje w trzech odmianach alotropowych. Obok kobaltu i niklu należy do grupy żelazowców. Jest dość aktywny chemicznie.

Dane elektronowe:
Liczba elektronów: 26
Liczba neutronów (najbardziej rozpowszechniony, stabilny izotop): 30
Liczba protonów: 26
Konfiguracja elektronowa: 1s22s22p63s23p64s23d6
Elektroujemność (Allred-Rochow, Pauling): 1.64, 1.83
1.energia jonizacji: 759.4 kJ/mol
2.energia jonizacji: 1561 kJ/mol
3.energia jonizacji: 2957 kJ/mol
Stopień utlenienia: +2, +3
Przewodność elektryczna: 103*105 1/(m*)

Dane przestrzenne:
Promień atomowy: 172 pm
Promień jonowy: 64.5 pm (3+)
Promień kowalencyjny: 117 pm
Objętość atomowa: 7.1 cm3/mol
Gęstość (293 K): 7.874 g/cm3
Struktura krystalograficzna: regularna przestrzennie centrowana

 


Dane termiczne:
Temperatura topnienia: 1535 °C, 1808 K
Temperatura wrzenia: 2750 °C, 3023 K
Molowa pojemność cieplna: 25.08 J/(mol*K)
Ciepło topnienia: 13.8 kJ/mol
Ciepło parowania: 349.6 kJ/mol
Przewodność cieplna: 80.3 W/(m*K)

Właściwości chemiczne:
Żelazo jest metalem dość aktywnym chemicznie w temperaturze pokojowej. Reaguje po ogrzaniu z siarką, fosforem, fluorem, chlorowcami i parą wodną. Tworzy związki z wodorem, borem, węglem, azotem i krzemem. Z powietrzem nie reaguje w temperaturze pokojowej, natomiast po ogrzaniu pokrywa się warstwą tlenków. Rozpuszcza się w kwasach nieutleniających i rozcieńczonym zimnym kwasie azotowym, tworząc związki na +2 stopniu utlenienia. W gorącym kwasie azotowym tworzy związki na +3 stopniu utlenienia a w stężonym ulega pasywacji. Silnie rozdrobnione żelazo ma właściwości piroforyczne. Metal ten występuje na +2 i +3 stopniu utlenienia. Tlenek żelaza (III) Fe3O4 wykazuje charakter amfoteryczny.

Zastosowanie:
Żelazo w postaci czystego pierwiastka znalazło niewiele zastosowań. Głównie wykorzystuje się je do konstrukcji rdzeni elektromagnetycznych. W stopach z węglem i innymi pierwiastkami polepszającymi właściwości mechaniczne i chemiczne stali wykorzystywane jest powszechnie. Tlenek żelaza (III) Fe2O3 służy do polerowania, jako czerwony pigment i stosowany jest jako substancja magnetyczna w taśmach i dyskach magnetycznych. Jony żelaza w kompleksach z jonami cyjankowymi są popularnymi pigmentami (błękit pruski).

Działanie biologiczne:
Żelazo w organizmach zwierząt jest składnikiem hemu w hemoglobinie. Odgrywa ono bardzo ważną rolę przy transporcie tlenu i dwutlenku węgla w organizmie oraz w procesach utleniania i redukcji. Żelazo w roślinach pełni ważną rolę w cyklu fotosyntezy.

Otrzymywanie:
Żelazo otrzymuje się w procesie wielkopiecowym, w którym tlenki żelaza redukuje się koksem. Użyty węgiel jest paliwem potrzebnym do podtrzymania wysokiej temperatury pieca, reduktorem tlenków żelaza i wchodzi w skład tzw. surówki. Czyste żelazo można otrzymać redukując jego tlenki węglem lub poddając elektrolizie roztwór chlorku żelaza (II) FeCl2.

Historia odkrycia:
Odkryty przez: znane od starożytności
Miejsce odkrycia: --
Rok odkrycia: --
Pochodzenia nazwy: Od łacińskiego "ferrum"

Żelazo poznano później niż najstarsze metale takie jak miedź, cyna, złoto, srebro i ołów. Pierwsze przedmioty z tego metalu pochodzą z terenów Egiptu i datują się na 4000 lat przed naszą erą.

Występowanie:
Żelazo jest bardzo często występującym pierwiastkiem w przyrodzie. Występuje głównie w postaci minerałów: magnetytu Fe3O4, hematytu Fe2O3, limonitu Fe(OH)3, syderytu FeCO3 i pirytu FeS2. Tworzy wiele rud w miarę równomiernie rozsianych po całej planecie. Zajmuje on pod względem rozpowszechnienia w skorupie ziemskiej 4 miejsce (procenty wagowe).

Izotopy:
izotopy
zawartość [%]
masa
spin
czas połowicznego rozpadu
sposób rozpadu
52Fe
--
52
0
8.275 h
wychwyt e, -
54Fe
5.8
54
0
--
stabilny
55Fe
--
55
3/2+
2.73 lat
wychwyt e
56Fe
91.72
56
0
--
stabilny
57Fe
2.2
57
1/2-
--
stabilny
58Fe
0.28
58
0
--
stabilny
59Fe
--
59
3/2-
44.503 d
-
60Fe
--
60
0
1 500 000 lat
-

  Znanych jest 30 izotopów żelaza o liczbach masowych od 45 do 72. Stabilne są 4 izotopy o liczbach masowych   54, 56, 57 i 58.