2つの方法で鉄を取得します。 鉄金属：基本的な特性、鉄の生産と使用。 化合物中の鉄の酸化状態

鉄は周期表の第4周期の8番目の元素です。 表中のその数（原子とも呼ばれます）は26で、これは原子核の陽子と電子殻の電子の数に対応します。 これは、ラテン語に相当するFe（Latin Ferrum-「ferrum」と読みます）の最初の2文字で示されます。 鉄は地殻で2番目に一般的な元素であり、4.65％の割合です（最も一般的なのはアルミニウム、Alです）。 本来の形では、この金属は非常にまれです。多くの場合、ニッケルと混合鉱石から採掘されます。

と接触している

この接続の性質は何ですか？ 原子としての鉄は金属の結晶格子で構成されているため、この元素を含む化合物の硬度と分子の安定性が確保されます。 これに関連して、この金属は典型的なものです 個体たとえば、水銀とは異なります。

単体としての鉄-このグループの元素に典型的な特性を備えた銀色の金属：展性、金属光沢、延性。 さらに、鉄は非常に反応性が高いです。 後者の特性は、高温および適切な湿度の存在下で鉄が非常に急速に腐食するという事実によって証明されています。 純粋な酸素では、この金属はよく燃焼します。非常に小さな粒子に砕くと、燃焼するだけでなく、自然発火します。

多くの場合、鉄は純粋な金属ではなく、炭素を含む合金©、たとえば鋼（<2,14% C) и чугун (>2.14％C）。 また、合金金属（ニッケル、マンガン、クロムなど）が添加された合金も産業上非常に重要です。これにより、鋼はステンレス鋼になります。つまり、合金化されます。 したがって、これに基づいて、どれほど広範囲であるかが明らかになります 産業上の利用この金属を持っています。

Fe特性

鉄の化学的性質

この要素の機能を詳しく見てみましょう。

単体の性質

  • 高湿度の空気中での酸化（腐食性プロセス）：

4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe（OH）3-酸化鉄（III）（水酸化物）

  • 混合酸化物の形成を伴う酸素中での鉄線の燃焼（それは+2の酸化状態と+3の酸化状態の両方を持つ元素を含んでいます）：

3Fe + 2O2 = Fe3O4（鉄の目盛り）。 160℃に加熱すると反応が可能です。

  • 高温（600-700⁰C）での水との相互作用：

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2

  • 非金属との反応：

a）ハロゲンとの反応（重要！この相互作用では、元素の酸化状態を取得します+3）

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3-塩化第二鉄

b）硫黄との反応（重要！この相互作用では、元素の酸化状態は+2です）

硫化鉄（III）-Fe2S3は別の反応の過程で得ることができます：

Fe2O3 + 3H2S = Fe2S3 + 3H2O

c）黄鉄鉱の形成

Fe + 2S = FeS2-黄鉄鉱。 この化合物を構成する元素の酸化状態に注意してください：Fe（+2）、S（-1）。

  • Feの右側にある一連の電気化学的金属活性に存在する金属塩との相互作用：

Fe + CuCl2 = FeCl2 + Cu-塩化鉄（II）

  • 希酸（塩酸や硫酸など）との相互作用：

Fe + HBr = FeBr2 + H2

Fe + HCl = FeCl2 + H2

これらの反応により、+ 2酸化状態の鉄が生成されることに注意してください。

  • 最強の酸化剤である未希釈の酸では、反応は加熱された場合にのみ可能です。冷酸では、金属は不動態化されます。

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

Fe + 6HNO3 = Fe（NO3）3 + 3NO2 + 3H2O

  • 鉄の両性特性は、濃アルカリと相互作用する場合にのみ現れます。

Fe + 2KOH + 2H2O = K2 + H2-テトラヒドロキシ鉄酸カリウム（II）が沈殿します。

高炉銑鉄製造工程

  • 硫化物および炭酸塩鉱石の焙焼とその後の分解（金属酸化物の放出）：

FeS2-> Fe2O3（O2、850⁰C、-SO2）。 この反応は、硫酸の工業的合成の最初の段階でもあります。

FeCO3-> Fe2O3（O2、550-600⁰C、-CO2）。

  • コークスの燃焼（過剰）：

С（コークス）+ O2（空気）-> CO2（600-700⁰C）

CO2 + C（コークス）-> 2CO（750-1000⁰C）

  • 鉱石含有酸化物の一酸化炭素還元：

Fe2O3-> Fe3O4（CO、-CO2）

Fe3O4-> FeO（CO、-CO2）

FeO-> Fe（CO、-CO2）

  • 鉄の浸炭（最大6.7％）および鋳鉄の溶解（溶解温度-1145⁰C）

Fe（固体）+ C（コークス）->鋳鉄。 反応温度は900-1200⁰Cです。

鋳鉄では、セメンタイト（Fe2C）とグラファイトが常に粒子の形で存在します。

Fe含有化合物の特性評価

各化合物の特徴を個別に調べてみましょう。

Fe3O4

+2と+3の両方の酸化状態を持つ元素を含む混合または二重酸化鉄。 Fe3O4とも呼ばれます 酸化鉄..。 この化合物は高温に耐性があります。 水、水蒸気とは反応しません。 鉱酸によって分解されます。 それは高温で水素または鉄で還元することができます。 上記の情報から理解できるように、それは反応連鎖の中間生成物です 鉱工業生産鋳鉄。

鉱物ベースの塗料、着色セメント、セラミックの製造には、直接同じ鉄のスケールが使用されます。 Fe3O4は、鋼を黒くし、青くすることによって得られるものです。 混合酸化物は、空気中で鉄を燃焼させることによって得られます（反応は上記のとおりです）。 酸化物含有鉱石はマグネタイトです。

Fe2O3

酸化鉄（III）、慣用名- ヘマタイト、化合物は赤茶色です。 高温に強い。 純粋な形では、大気中の酸素による鉄の酸化中には形成されません。 水と反応せず、沈殿する水和物を形成します。 希アルカリや希酸との反応が悪い。 それは他の金属の酸化物と融合してスピネルを形成することができます-二重酸化物。

赤鉄鉱石は、高炉法による銑鉄の工業生産の原料として使用されています。 それはまた、アンモニア産業における反応を加速します、すなわち、それは触媒です。 アイアンドロスと同じエリアで使用されています。 さらに、それは磁気テープの音と絵のキャリアとして使われました。

FeOH2

鉄（II）水酸化物、酸性と塩基性の両方の特性を持つ化合物で、後者が優勢です。つまり、両性です。 物質 白い、空気中で急速に酸化し、「茶色に変わり」、水酸化鉄（III）になります。 温度にさらされると分解しやすい。 弱酸溶液とアルカリの両方と反応します。 水に溶けない。 反応では、それは還元剤として機能します。 腐食反応の中間生成物です。

Fe2 +およびFe3 +イオンの検出（「定性的」反応）

水溶液中のFe2 +およびFe3 +イオンの認識は、複合体を使用して実行されます 複雑な化合物-それぞれK3、赤い血の塩、およびK4、黄色い血の塩。 どちらの反応でも、定量的組成は同じですが、原子価が+2と+3の鉄の位置が異なる飽和青色の沈殿物が形成されます。 この堆積物は、プルシアンブルーまたはターンブルブルーとも呼ばれます。

イオン反応

Fe2 ++ K ++3-K+ 1Fe + 2

Fe3 ++ K ++4-K+ 1Fe + 3

Fe3 +-チオシアン酸イオン（NCS-）を検出するための優れた試薬

Fe3 ++NCS-3---これらの化合物は明るい赤（「血」）の色をしています。

この試薬、たとえばチオシアン酸カリウム（式-KNCS）を使用すると、溶液中の鉄の濃度をごくわずかでも測定できます。 だから、彼は研究することができます 水道水パイプが錆びているかどうかを確認します。

鉄は、D.I。メンデレーエフの化学元素の周期表の第4周期の第8グループのサイドサブグループの要素です。 原子番号 26.それは記号Fe（ラテン鉄）によって示されます。 地球の地殻で最も普及している金属の1つ（アルミニウムに次ぐ）。 中活性金属、還元剤。

主な酸化状態-+ 2、+ 3

単体鉄は、化学物質の多い銀白色の可鍛性金属です。 反応性：鉄は、空気中の高温または高湿度で急速に腐食します。 純粋な酸素では、鉄は燃焼し、細かく分散した状態では、空気中で自然に発火します。

単体の化学的性質-鉄：

酸素中での錆びと燃焼

1）空気中で、鉄は湿気の存在下で容易に酸化されます（錆びます）：

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O→4Fe（OH）3

熱い鉄線は酸素中で燃焼し、スケールを形成します-酸化鉄（II、III）：

3Fe + 2O2→Fe3 O 4

3Fe + 2O 2→（Fe II Fe 2 III）O 4（160°С）

2）高温（700-900°C）では、鉄は水蒸気と反応します：

3Fe + 4H 2O-t°→Fe3 O 4 + 4H 2

3）鉄は、加熱されると非金属と反応します。

2Fe + 3Cl2→2FeCl3（200°С）

Fe + S-t°→FeS（600°С）

Fe + 2S→Fe + 2（S 2 -1）（700°С）

4）一連の電圧では、水素の左側にあり、希酸HClおよびH 2 SO 4と反応し、鉄（II）塩が形成され、水素が放出されます。

Fe + 2HCl→FeCl2 + H 2（反応は空気にアクセスせずに実行されます。そうでない場合、Fe + 2は酸素によって徐々にFe + 3に移動します）

Fe + H 2 SO 4（希釈）→FeSO 4 + H 2

濃酸化酸では、鉄は加熱されたときにのみ溶解し、すぐにFe3 +カチオンに移行します。

2Fe + 6H 2 SO 4（濃度）-t°→Fe 2（SO 4）3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3（濃度）-t°→Fe（NO 3）3 + 3NO 2 + 3H 2 O

（冷たくて濃縮された窒素と 硫酸 不動態化

硫酸銅の青みがかった溶液に浸された鉄の釘は、徐々に赤い金属銅のブルームで覆われるようになります。

5）鉄は、その右側にある金属を塩の溶液から置き換えます。

Fe + CuSO4→FeSO4 + Cu

鉄の両性は、沸騰中の濃アルカリでのみ現れます。

Fe + 2NaOH（50％）+ 2H 2 O = Na2↓+ H 2

テトラヒドロキソ鉄酸ナトリウム（II）の沈殿物が形成される。

テクニカルアイアン-鉄と炭素の合金：鋳鉄には2.06〜6.67％のCが含まれています。 鋼 0.02-2.06％C、その他の天然不純物（S、P、Si）、および人工的に導入された特殊添加剤（Mn、Ni、Cr）がしばしば存在し、技術的に鉄合金を生成します。 有益な機能-硬度、耐熱性、耐食性、延性など。 .

高炉銑鉄の生産

銑鉄を製造するための高炉プロセスは、次の段階で構成されています。

a）硫化物および炭酸塩鉱石の調製（焙焼）-酸化物鉱石への移動：

FeS2→Fe2 O 3（O 2、800°C、-SO 2）FeCO3→Fe2 O 3（O 2、500-600°C、-CO 2）

b）熱風中のコークスの燃焼：

С（コークス）+ O 2（空気）→СO2（600-700°С）СO2+С（コークス）⇌2СО（700-1000°С）

c）一酸化炭素COによる酸化鉱石の順次還元：

Fe 2 O 3 →（CO）（Fe II Fe 2 III）O 4 →（CO） FeO →（CO） Fe

d）鉄の浸炭（最大6.67％C）および鋳鉄の溶解：

Fe（t ) →(C(コークス）900-1200°C） Fe（w）（鋳鉄、融点1145°C）

鋳鉄では、セメンタイトFe 2Cとグラファイトが常に粒子の形で存在します。

鉄鋼生産

鋳鉄から鋼への変換は、加熱方法が異なる特殊な炉（コンバーター、平炉、電気）で行われます。 プロセス温度1700-2000°C。 酸素が豊富な空気を吹き込むと、鋳鉄から過剰な炭素が燃え尽き、硫黄、リン、シリコンが酸化物の形で燃え尽きます。 この場合、酸化物は廃ガス（CO 2、SO 2）の形で捕捉されるか、Ca 3（PO 4）2とCaSiO3の混合物である容易に分離されるスラグに結合されます。 特殊鋼を得るために、他の金属の合金添加剤が炉に導入されます。

受信産業における純鉄-鉄塩の溶液の電気分解、例えば：

FeСl2→Fe↓+Сl2（90°С）（電気分解）

（水素による酸化鉄の還元を含む他の特別な方法があります）。

純鉄は、特殊合金の製造、電磁石および変圧器のコアの製造、鋳鉄（鋳物および鋼、鋼の製造）に、摩耗、熱、および腐食を含む構造および工具材料として使用されます。耐性があります。

酸化鉄（II） F eO ..。 基本特性が圧倒的に多い両性酸化物。 黒、イオン構造Fe 2+ O2-を持っています。 加熱すると、最初に分解し、次に再び形成されます。 鉄を空気中で燃焼させても形成されません。 水と反応しません。 酸によって分解され、アルカリと融合します。 湿気のある空気中でゆっくりと酸化します。 水素、コークスで還元。 製錬の高炉プロセスに参加します。 セラミックやミネラルペイントの成分として使用されます。 最も重要な反応の方程式：

4FеО⇌（Fe II Fe 2 III）+ Fe（560-700°С、900-1000°С）

FeO + 2HC1（希釈）= FeC1 2 + H 2 O

FeO + 4HNO 3（濃度）= Fe（NO 3）3 + NO 2 + 2H 2 O

FеО+4NаОН=2Н2O+ Na 4FeO3（赤.) トリオキソ鉄酸塩（II）（400-500°C）

FeO + H 2 = H 2 O + Fe（超高純度）（350°C）

FeO + C（コークス）= Fe + CO（1000°C以上）

FeO + CO = Fe + CO 2（900°C）

4FеО+2Н2O（水分）+ O 2（空気）→4FеО（ОН）（t）

6FеО+ O 2 = 2（Fe II Fe 2 III）O 4（300-500°С）

受信 v 研究所：空気にアクセスできない鉄（II）化合物の熱分解：

Fe（OH）2 = FeO + H 2 O（150-200°C）

FeCO3 = FeO + CO 2（490-550°C）

酸化二鉄（III）-鉄（ II ) ( Fe II Fe 2 III）O 4 ..。 二重酸化物。 黒、イオン構造Fe 2+（Fe 3+）2（O 2-）4。 高温まで熱的に安定しています。 水と反応しません。 酸によって分解されます。 水素、熱鉄で還元。 銑鉄製造の高炉工程に参加。 ミネラルペイントの成分として使用されます（ 鉄鉛）、セラミック、着色セメント。 鉄鋼製品の表面の特殊酸化生成物（ 黒ずみ、青み）。 組成は、鉄の茶色のさび病と暗い鱗屑に対応します。 総式Fe3 O4の使用は推奨されません。 最も重要な反応の方程式：

2（Fe II Fe 2 III）O 4 =6FеO+ O 2（1538°C以上）

（Fe II Fe 2 III）O 4 + 8HC1（希釈）= FeC1 2 + 2FeC1 3 + 4H 2 O

（Fe II Fe 2 III）O 4 +10НNO3（濃度）=3Fе（NO 3）3 + NO 2 +5Н2O

（Fe II Fe 2 III）O 4 + O 2（空気）=6Fе2O3（450-600°C）

（Fe II Fe 2 III）O 4 + 4H 2 = 4H 2 O +3Fе（超高純度、1000°C）

（Fe II Fe 2 III）O 4 + CO = ZFeO + CO 2（500-800°C）

（Fe II Fe 2 III）O4 +Fe⇌4FеО（900-1000°С、560-700°С）

受信：空気中の鉄の燃焼（を参照）。

マグネタイト。

酸化鉄（III） F e 2 O 3 ..。 基本的な特性が優勢な両性酸化物。 赤茶色、イオン構造（Fe 3+）2（O 2-）3。高温まで熱的に安定。 鉄を空気中で燃焼させても形成されません。 水と反応せず、茶色の無定形水和物Fe 2 O 3 nH 2Oが溶液から脱落します。酸やアルカリとゆっくり反応します。 一酸化炭素、溶鉄で還元。 他の金属の酸化物と合金を形成し、二重酸化物を形成します- スピネル（技術製品はフェライトと呼ばれます）。 高炉プロセスでの銑鉄の製錬の原料として、鋼構造物のテルミット溶接でのセラミック、非鉄セメント、鉱物塗料の成分であるアンモニアの製造の触媒として使用されます。鋼やガラスの研磨剤として、磁気テープ上の音と画像のキャリア。

最も重要な反応の方程式：

6Fе2O3= 4（Fe II Fe 2 III）O 4 + O 2（1200-1300°C）

Fe 2 O 3 + 6HC1（希釈）→2FeC1 3 +ЗН2O（t）（600°C、p）

Fe 2 O 3 + 2NaOH（濃度）→H 2 O + 2 NaFeO 2 （赤）ジオキソ鉄酸塩（III）

Fe 2 O 3 + MO =（M II Fe 2 II I）O 4（M = Cu、Mn、Fe、Ni、Zn）

Fe 2 O 3 + ZN 2 = ZN 2 O +2Fе（超高純度、1050〜1100°C）

Fe 2 O 3 + Fe = ZFeO（900°C）

3Fе2O3+ CO = 2（Fe II Fe 2 III）O 4 + CO 2（400-600°C）

受信実験室で-空気中の鉄（III）塩の熱分解：

Fe 2（SO 4）3 = Fe 2 O 3 + 3SO 3（500-700°C）

4（Fe（NO 3）39Н2O）=2FеaO3 + 12NO 2 + 3O 2 +36Н2O（600-700°С）

自然界-酸化鉄鉱石 ヘマタイト Fe 2 O3および 褐鉄鉱 Fe2O3nН2O

鉄（II）水酸化物 F e（OH）2。 基本的な特性が優勢な両性水酸化物。 白（時には緑がかった色合い）、Fe-OH結合は主に共有結合です。 熱的に不安定です。 特に濡れている（暗くなる）と、空気中ですぐに酸化します。 水に溶けない。 希酸、濃アルカリと反応します。 典型的な還元剤。 鉄錆の中間。 鉄ニッケル電池の有効質量の製造に使用されます。

最も重要な反応の方程式：

Fe（OH）2 = FeO + H 2 O（150-200°C、atm N 2）

Fe（OH）2 + 2HC1（希釈）= FeC1 2 + 2H 2 O

Fe（OH）2 +2NаОН（> 50％）= Na 2↓（青緑）（沸騰）

4Fе（ОН）2（サスペンション）+ O 2（空気）→4FеО（ОН）↓+2Н2O（t）

2Fе（ОН）2（サスペンション）+Н2O2（dil。）=2FеО（ОН）↓+2Н2O

Fe（OH）2 + KNO 3（濃度）= FeO（OH）↓+ NO + KOH（60°C）

受信：不活性雰囲気中のアルカリまたはアンモニア水和物を含む溶液からの沈​​殿：

Fe 2+ + 2OH（拡張）= Fe（OH）2↓

Fe 2+ + 2（NH 3 H 2 O）= Fe（OH）2↓+ 2NH 4

メタ水酸化物鉄 F eO（OH）。 基本的な特性が優勢な両性水酸化物。 薄茶色のFe-OおよびFe-OH結合は主に共有結合です。 溶融せずに加熱すると分解します。 水に溶けない。 それは、無定形の茶色の多水和物Fe 2 O 3 nH 2 Oの形で溶液から沈殿し、希アルカリ溶液下に保持されるか、乾燥すると、FeO（OH）に変化します。 酸、固体アルカリと反応します。 弱い酸化剤および還元剤。 Fe（OH）2で焼結。 鉄錆の中間。 黄色の鉱物塗料やエナメルのベース、排気ガス吸収剤、有機合成の触媒として使用されます。

組成Fe（OH）3の化合物は不明です（得られていません）。

最も重要な反応の方程式：

Fe 2 O3。 nН2O→（ 200-250°C、-H 2 O) FeO（OH）→（ 空気中560-700°C、-H2O）→Fe2 O 3

FeO（OH）+ ZNS1（希釈）= FeC1 3 + 2H 2 O

FeO（OH）→ Fe 2 O 3 . nH 2 O-コロイド（NaOH（濃度））

FeO（OH）→ Na 3 [Fe（OH）6]白い、それぞれNa5およびK4; どちらの場合も、同じ組成と構造の青色の生成物であるКFеIIIが沈殿します。 実験室では、この堆積物はと呼ばれています プルシアンブルー、 また ターンブルズブルー:

Fe 2+ + K + + 3- = KFeIII↓

Fe 3+ + K + + 4- = KFeIII↓

出発試薬と反応生成物の化学名：

K 3 Fe III-ヘキサシアノ鉄酸カリウム（III）

K 4 Fe III-ヘキサシアノ鉄酸カリウム（II）

КFеIII-鉄（III）ヘキサシアノ鉄酸カリウム（II）

さらに、Fe 3+イオンの優れた試薬は、チオシアン酸イオンNСS-であり、鉄（III）がそれと結合し、明るい赤（「血」）の色が現れます。

Fe 3 ++6NСS-= 3-

この試薬（たとえば、KNCS塩の形で）は、中の微量の鉄（III）を検出することさえできます 水道水内側が錆びている鉄パイプを通過する場合。

  • 指定-Fe（鉄）;
  • 期間-IV;
  • グループ-8（VIII）;
  • 原子量-55.845;
  • 原子番号-26;
  • 原子半径= 126 pm;
  • 共有結合半径= 117 pm;
  • 電子の分布-1s2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2;
  • 融点= 1535°C;
  • 沸点= 2750°C;
  • 電気陰性度（Pauling / Alpred and Rohov）= 1.83 / 1.64;
  • 酸化状態：+ 8、+ 6、+ 4、+ 3、+ 2、+ 1、0;
  • 密度（n。at。）= 7.874 g / cm 3;
  • モル体積= 7.1 cm 3 / mol。

鉄化合物:

鉄は、アルミニウムに次いで地球の地殻（質量で5.1％）に最も豊富に存在する金属です。

地球上では、自由な状態の鉄がナゲットの形で少量、そして落下した隕石に見られます。

鉄は、鉄を含む鉱物（磁性、赤、茶色の鉄鉱石）から、鉄鉱石鉱床で工業的に採掘されます。

鉄は多くの天然ミネラルの一部であり、自然な色を生み出していると言わなければなりません。 ミネラルの色は、鉄イオンFe 2+ / Fe 3+の濃度と比率、およびこれらのイオンを取り巻く原子に依存します。 たとえば、鉄イオンの不純物の存在は、多くの貴重な 半貴石：トパーズ（淡黄色から赤）、サファイア（青から紺色）、アクアマリン（水色から緑がかった青）など。

鉄は動植物の組織に含まれています。たとえば、成人の体には約5gの鉄が含まれています。 鉄は重要な要素であり、タンパク質ヘモグロビンの一部であり、肺から組織や細胞への酸素の輸送に関与しています。 人体に鉄分が不足すると、貧血が発症します（鉄欠乏性貧血）。


米。 鉄原子の構造.

鉄原子の電子配置は1s2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2です（原子の電子配置を参照）。 教育において 化学結合外側の4sレベルにある2つの電子+ 3dサブレベルの6つの電子（合計8つの電子）は他の元素と結合できるため、化合物では、鉄は酸化状態+ 8、+ 6、+ 4、+を取ることができます3、+ 2、+ 1（最も一般的なのは+ 3、+ 2です）。 鉄は平均的な化学活性を持っています。


米。 鉄の酸化状態：+ 2、+ 3。

鉄の物性：

  • シルバーホワイトメタル;
  • 純粋な形では、非常に柔らかく、プラスチックです。
  • 優れた熱伝導性と電気伝導性を備えています。

鉄は4つの修飾の形で存在します（結晶格子の構造が異なります）：α-鉄; β-鉄; γ-鉄; δ-鉄。

鉄の化学的性質

  • 温度と酸素濃度に応じて、酸素と反応し、さまざまな生成物または酸化鉄生成物の混合物（FeO、Fe 2 O 3、Fe 3 O 4）が形成される可能性があります。
    3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4;
  • 低温での鉄の酸化：
    4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3;
  • 水蒸気と反応します：
    3Fe + 4H 2 O = Fe 3 O 4 + 4H 2;
  • 細かく砕いた鉄は、硫黄と塩素（硫化鉄と塩化物）と加熱すると反応します。
    Fe + S = FeS; 2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3;
  • 高温でシリコン、炭素、リンと反応します：
    3Fe + C = Fe 3 C;
  • 他の金属や非金属では、鉄は合金を形成する可能性があります。
  • 鉄は、活性の低い金属を塩から置き換えます。
    Fe + CuCl 2 = FeCl 2 + Cu;
  • 希酸では、鉄は還元剤として作用し、塩を形成します。
    Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2;
  • 希硝酸を使用すると、鉄はその濃度（N 2、N 2 O、NO 2）に応じて、さまざまな酸還元生成物を形成します。

鉄の入手と使用

工業用鉄が得られます 製錬鋳鉄および鋼。

鋳鉄は、シリコン、マンガン、硫黄、リン、炭素を混合した鉄の合金です。 鋳鉄の炭素含有量は2％を超えています（鋼では2％未満）。

純鉄が得られます：

  • 鋳鉄製の酸素コンバーター。
  • 水素と二価の一酸化炭素による酸化鉄の還元;
  • 対応する塩の電気分解。

銑鉄は、酸化鉄の還元によって鉄鉱石から得られます。 銑鉄は高炉で製錬されます。 高炉はコークスを熱源として使用します。

高炉は、高さが数十メートルの非常に複雑な技術的構造です。 それは耐火レンガで裏打ちされ、外側の鋼のケーシングで保護されています。 2013年現在、最大の高炉が建設されました 韓国光陽市の冶金工場にある鉄鋼会社POSCO（近代化後の炉の容積は6,000立方メートルで、年間生産能力は570万トンでした）。


米。 溶鉱炉.

高炉で銑鉄を製錬するプロセスは、高炉が寿命に達するまで数十年にわたって継続的に行われます。


米。 高炉で銑鉄を製錬するプロセス.

  • 選鉱された鉱石（磁性、赤、茶色の鉄鉱石）とコークスは、高炉の最上部にある上部から注がれます。
  • 一酸化炭素（II）の影響下での鉱石からの鉄還元のプロセスは、450〜1100°Cの温度で高炉（鉱山）の中央部で発生します（酸化鉄は金属に還元されます）：
    • 450-500°C-3Fe2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2;
    • 600°C-Fe3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2;
    • 800°C-FeO + CO = Fe + CO 2;
    • 二価酸化鉄の一部はコークスによって還元されます：FeO + C = Fe + CO。
  • 並行して、シリコンとマンガンの酸化物（不純物の形で鉄鉱石に含まれる）の還元プロセスがあり、シリコンとマンガンは鋳鉄の一部です：
    • SiO 2 + 2C = Si + 2CO;
    • Mn 2 O 3 + 3C = 2Mn + 3CO。
  • 石灰石（高炉に導入）の熱分解中に酸化カルシウムが形成され、鉱石に含まれる酸化アルミニウムおよび酸化アルミニウムと反応します。
    • CaCO 3 = CaO + CO 2;
    • CaO + SiO 2 = CaSiO 3;
    • CaO + Al 2 O 3 = Ca（AlO 2）2。
  • 1100°Cで、鉄の還元プロセスは停止します。
  • シャフトの下には高炉の最も広い部分である蒸気があり、その下にはコークスが燃え尽きて製錬の液体生成物が形成されます-銑鉄とスラグ、炉の一番下に蓄積します-炉;
  • 吹き付けられた空気の流れの中で1500°Cの温度の炉床の上部で、コークスの激しい燃焼が起こります：C + O 2 = CO 2;
  • 一酸化炭素（IV）は、赤熱したコークスを通過すると、鉄の還元剤である一酸化炭素（II）に変換されます（上記を参照）。CO2+ C = 2CO;
  • ケイ酸カルシウムとアルミノケイ酸塩によって形成されたスラグは鋳鉄の上にあり、酸素の作用から鋳鉄を保護します。
  • 炉床のさまざまなレベルにある特別な穴から、鋳鉄とスラグが外部に排出されます。
  • 銑鉄のほとんどは、さらなる処理、つまり鉄鋼製錬に使用されます。

鋼は、鋳鉄と金属くずから転炉法（平炉はまだ使用されていますが、すでに廃止されています）または電気溶解（電気炉、誘導炉）によって製錬されます。 このプロセス（鋳鉄の再分配）の本質は、酸素による酸化によって炭素やその他の不純物の濃度を下げることです。

上記のように、鋼中の炭素濃度は2％を超えません。 このため、鋳鉄とは対照的に、鋼は非常に容易に鍛造および圧延され、高硬度および高強度でさまざまな製品を製造することができます。

鋼の硬度は、特定の鋼種および熱処理条件での炭素含有量（炭素が多いほど鋼は硬くなります）に依存します。 焼き戻し（徐冷）すると、鋼は柔らかくなります。 急冷（急冷）すると、鋼は非常に硬くなります。

鋼に望ましい特定の特性を与えるために、ライゲーション添加剤がそれに加えられます：クロム、ニッケル、シリコン、モリブデン、バナジウム、マンガンなど。

鋳鉄と鋼は、国民経済の圧倒的多数のセクターで最も重要な構造材料です。

鉄の生物学的役割：

  • 大人の体には約5gの鉄が含まれています。
  • 鉄は造血器官の働きに重要な役割を果たしています。
  • 鉄は多くの複雑なタンパク質複合体（ヘモグロビン、ミオグロビン、さまざまな酵素）の一部です。

鉄（II）化合物

鉄の酸化状態が+2の鉄化合物は不安定で、鉄（III）誘導体に容易に酸化されます。

Fe 2 O 3 + CO = 2FeO + CO2。

鉄（II）水酸化物Fe（OH）2新たに沈殿したものは灰緑色で、水に溶けず、150°Cを超える温度で分解し、酸化により急速に暗くなります。

4Fe（OH）2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe（OH）3。

塩基性のものが優勢な穏やかな両性特性を示し、非酸化性の酸と容易に反応します。

Fe（OH）2 + 2HCl = FeCl 2 + 2H2O。

加熱すると濃アルカリ溶液と相互作用してテトラヒドロキソフェレート（II）を形成します。

Fe（OH）2 + 2NaOH = Na2。

硝酸または濃硫酸と相互作用すると、還元特性を示し、鉄（III）塩が形成されます。

2Fe（OH）2 + 4H 2 SO 4 = Fe 2（SO 4）3 + SO 2 + 6H2O。

これは、大気中の酸素がない状態で、鉄（II）塩とアルカリ溶液との相互作用によって得られます。

FeSO 4 + 2NaOH = Fe（OH）2 + Na 2 SO4。

鉄（II）塩。鉄（II）は、ほとんどすべての陰イオンと塩を形成します。 通常、塩は緑色の結晶性水和物の形で結晶化します：Fe（NO 3）2 6H 2 O、FeSO 4 7H 2 O、FeBr 2 6H 2 O、（NH 4）2 Fe（SO 4）2 6H 2 O（塩モラ）など。塩溶液は淡い緑色で、加水分解により酸性環境になります。

Fe 2+ + H 2 O = FeOH + + H +。

塩のすべてのプロパティを表示します。

空気中に立つと、溶存酸素によってゆっくりと酸化されて鉄（III）塩になります。

4FeCl 2 + O 2 + 2H 2 O = 4FeOHCl2。

陽イオンFe2 +の定性的反応-ヘキサシアノ鉄酸カリウム（III）（赤血球）との相互作用：

FeSO 4 + K 3 = KFe↓+ K 2 SO 4

Fe 2+ + K + + 3- = KFe↓

反応の結果として、青色の沈殿物が形成されます-鉄（III）-ヘキサシアノ鉄酸カリウム（II）。

酸化状態+3は鉄に典型的です。

酸化鉄（III）Fe 2 O3-茶色の物質は、3つの多形修飾で存在します。


主なものが優勢な、穏やかな両性の特性を示します。 酸と簡単に反応します：

Fe 2 O 3 + 6HCl = 2FeCl 3 + 3H2O。

アルカリ溶液とは反応しませんが、溶融するとフェライトを形成します。

Fe 2 O 3 + 2NaOH = 2NaFeO 2 + H2O。

酸化および還元特性を示します。 加熱すると、水素または一酸化炭素（II）で還元され、酸化特性を示します。

Fe 2 O 3 + H 2 = 2FeO + H 2 O、

Fe 2 O 3 + CO = 2FeO + CO2。

強力な酸化剤の存在下で アルカリ性環境還元特性を示し、酸化されて鉄（VI）誘導体になります。

Fe 2 O 3 + 3KNO 3 + 4KOH = 2K 2 FeO 4 + 3KNO 2 + 2H2O。

1400°Cを超える温度では、分解します：

6Fe 2 O 3 = 4Fe 3 O 4 + O2。

これは、水酸化鉄（III）の熱分解によって得られます。

2Fe（OH）3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O

または黄鉄鉱の酸化による：

4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO2。

FeCl 3 + 3KCNS = Fe（CNS）3 + 3KCl、

これは、地球の地殻で最も豊富な元素の1つです。

鉄の物性。

鉄-耐薬品性に​​優れた銀白色の可鍛性金属。 高温多湿にも耐えます。 空気や水で素早く色あせ（錆び）ます。 非常に柔軟性があり、鍛造や圧延に適しています。 優れた熱伝導率と電気伝導率、優れた強磁性体を備えています。

鉄の化学的性質。

鉄遷移金属。 それは+2と+3の酸化状態を持つことができます。 蒸気と反応します：

3 Fe + 4 H 2 O = Fe 3 O 4 + 4 H 2 .

しかし、湿気の存在下では、鉄は錆びます：

4 Fe + 3 O 2 + 6 H 2 O = 4 Fe(ああ) 3 .

2 Fe + 3 Cl 2 = 2 FeCl 3 .

Fe + H 2 それで 4 = FeSO 4 + H 2 .

濃酸は低温で鉄を不動態化しますが、加熱すると溶解します。

2Fe + 6H 2 SO 4 = Fe 2（SO 4）3 + 3SO 2 + 6H2O。

水酸化物鉄（II) 酸素を利用せずに鉄（II）塩にアルカリを作用させることで得られます。

F 2 SO 4 + 2NaOH = Fe（OH）2 + Na 2 SO4。

白い沈殿物が形成され、空気中で急速に酸化します。

4Fe（OH）2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe（OH）3。

この水酸化物は両性です。加熱すると、アルカリに溶解してヘキサヒドロフェレートを形成します。

Fe（OH）3 + 3KOH = K3。

鉄の形 2つの複雑な鉄塩:

  • 黄色い血の塩 K 4 [ Fe(CN) 6 ];
  • 赤い血の塩 K 3 [ Fe(CN) 6 ].

これらの化合物は、鉄イオンの測定に定性的です。 化合物 プルシアンブルー:

K 4 + Fe 2+ = KFe III + 2K +。

鉄の使用。

鉄は呼吸過程の重要な要素です。 これは血液のヘモグロビンの一部であり、肺から組織への酸素の移動に関与しています。 自然界では、鉄は鉱石や鉱物に含まれています。



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