Железо как химический элемент

В периодической таблице элементов Менделеева железо находится в побочной подгруппе VIII группы, четвертом периоде. На внешнем электронном слое оно имеет два электрона – 4s(2). Поскольку электронами заполняются также d-орбитали предпоследнего электронного слоя, железо относится к d-элементам. Его общая электронная формула – 1s(2)2s(2)2p(6)3s(2)3p(6)3d(6)4s(2).

Инструкция

1. По физическим свойствам железо – серебристо-серый металл с большой прочностью, пластичностью, ковкостью, ферромагнитен (обладает сильными магнитными свойствами). Его плотность – 7,87 г/см^3, температура плавления – 1539оC.
2. В природе железо – второй по распространенности металл после алюминия. В свободном виде оно может встречаться лишь в метеоритах. Наиболее важные его природные соединения – красный железняк Fe2O3, бурый железняк Fe2O3∙3H2O, магнитный железняк Fe3O4 (FeO∙Fe2O3), железный колчедан, или пирит, FeS2. Соединения железа можно обнаружить также в составе живых организмов.
3. Валентные, т.е. реакционноспособные, электроны в атоме железа находятся на последнем (4s(2)) и предпоследнем (3d(6)) электронных слоях. При возбуждении атома электроны на последнем слое распариваются, и один из них переходит на свободную 4p-орбиталь. В химических реакциях железо отдает свои электроны, проявляя степени окисления +2, +3 и +6.
4. В реакциях с веществами железо играет роль восстановителя. При обычной температуре оно не взаимодействует даже с самыми сильными окислителями, такими как кислород, галогены и сера, но при нагревании активно реагирует с ними, образуя соответственно оксид железа (II, III) – Fe2O3, галогениды железа (III) – например, FeCl3, сульфид железа (II) – FeS. При еще большем нагревании оно вступает в реакцию с углеродом, кремнием и фосфором (результаты реакций – карбид железа Fe3C, силицид железа Fe3Si, фосфид железа (II) Fe3P2).
5. Железо реагирует и со сложными веществами. Так, на воздухе в присутствии влаги оно корродирует: 4Fe+3O2+6H2O=4Fe(OH)3. Так образуется ржавчина. Как металл средней активности, железо вытесняет водород из разбавленных соляной и серной кислот, при высокой температуре взаимодействует с водой: 3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2↑.
6. Концентрированная серная кислота при обычной температуре пассивирует железо, при нагревании – окисляет его до сульфата железа (III). В этой реакции выделяется сернистый газ SO2. Концентрированная азотная кислота также пассивирует этот металл, но разбавленная – окисляет до нитрата железа (III). В последнем случае выделяется газообразный оксид азота (II) NO. Железо вытесняет из растворов солей металлы, расположенные в электрохимическом ряду напряжений правее его: Fe+CuSO4=FeSO4+Cu.