Желязо

26 Манган ← Желязо → Кобалт - ↑ Fe ↓ Ru Периодична система
Външен вид
сребристо-сив метал
Общи данни
Име, символ, №	Желязо, Fe, 26
Химическа серия	Преходен метал
Група, период, блок	8, 4, d
Свойства на атома
Атомна маса	55,845 u
Атомен радиус (calc)	140 (156) pm
Ковалентен радиус	125 pm
Радиус на ван дер Ваалс	... pm
Електронна конфигурация	[Ar] 3d6 4s2
e- на енергийно ниво	2, 8, 14, 2
Оксидационни с-ния (оксид)	2, 3, 4, 6
Кристална структура	кубична
Физични свойства
Агрегатно състояние	Твърдо вещество
Плътност	7874 kg/m³
Температура на топене	1811 K (1538 °C)
Температура на кипене	3023 K (2750 °C)
Моларен обем	7,09×10-6 m³/mol
Специф. топлина на топене	349,6 kJ/mol
Специф. топлина на изпарение	13,8 kJ/mol
Скорост на звука	4910 m/s при 293,15 K
Други
Електроотрицателност	1,83 (скала на Полинг)
Специф. топлинен капацитет	440 J/(kg·K)
Специф. електропроводимост	9,93×106 S/m
Специф. ел. съпротивление	0,0961 Ω.mm²/m
Топлопроводимост	80,2 W/(m·K)
Йонизационен потенциал	762,5 kJ/mol

Желязото е химичен елемент, метал, с атомен номер 26 и символ Fe. Той е част от група 8 и период 4 на периодичната система, поради което се класифицира като преходен метал. Желязото и неговите сплави, най-вече стоманата, са най-масово използваните метали и феромагнити в ежедневния живот.

Повърхността му е блестяща и сребристосива, но изложена на въздух оксидира и се покрива с червен или кафяв железен оксид (ръжда). Отделните кристали чисто желязо са меки (по-меки от алуминия), като добавянето на относително малки примеси значително увеличава твърдостта и якостта. Стоманата представлява сплав на желязото с малко количество въглерод и други метали и може да бъде 1000 пъти по-твърда от чистото желязо.

Желязо-56 е най-тежкият стабилен изотоп, образуван от алфа-процеса при звездния нуклеосинтез. За образуването на елементи, по-тежки от желязото и никела е необходима свръхнова. Желязото е най-изобилният елемент в ядрата на червените гиганти, най-изобилният метал в железните метеорити и в плътните метални планети, като Земята.

Произход на наименованието

Има няколко версии за произхода на славянската дума „желязо“ (беларус. „жалеза“, рус. „железо“, укр. „залізо“, полски „Żelazo“, словенски „Železo“). Една от тези версии свързва тази дума със санкритската „жалжа“, която означава „метал, руда“. Другата версия свързва с гръцката дума „χαλχοσ“, която означава желязо, мед.

Европейските „iron“ (англ.), „Eisen“ (нем.) произлизат от санскритската „исира“ — твърд, силен. Латинското „ferrum“ произлиза от „fars“ — твърдост.

Свойства

Физични свойства

Желязото има сребристо-бял цвят. Той е тежък, труднотопим метал с голяма якост. Не се променя при обикновени условия на сух въздух. При по-висока температура се покрива с тънка оксидна корица, която го предпазва. При още по-висока температура изгаря:

3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄

В среда с влажен въздух желязото бързо оксидира, като се образува ръжда. Тя представлява хидратирани железни оксиди:

Fe₂O_{/sub>O и няма защитен ефект, защото слоят не е плътен, а се рони.}

_{Химични свойства}

_{При висока температура желязото взаимодейства с неметали:}

_{2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3}

С метали и въглерод желязото образува сплави. Желязото лесно се разтваря в минерални киселини:

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑

Концентрираните азотна киселина (HNO₃) и сярна киселина (H₂SO₄) пасивират повърхността на желязото. То реагира само с концентрирани разтвори на алкални основи при висока температура, като се получава комплексно съединение:

Fe + 4NaOH + 2H₂O → Na₄[Fe(OH)₆] + H₂

Желязото взаимодейства с вода при нагряване:

3Fe + 4HOH → Fe₃O₄ + 4H₂↑ — при температура по-ниска от 570 градуса

Fe + HOH → FeO + H₂↑ — при температура по — висока от 570 ^oC

Трижелезният тетраоксид (Fe₃O₄) е смесен оксид — FeO.Fe₂O₃

Взаимодейства и с разтвори на някои соли, които са съставени от метал, който се намира след желязото в реда на относителната активност:

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

История

Железен слитък от добиваното до 19 век желязо в с.Радуил

Желязото е известно на хората от древни времена.

Археологическите разкопки намират изделия от желязо, датирани около 4 хилядолетие пр.н.е. и се отнасят към древноегипетската и шумерската цивилизации. Предметите, правени от желязо от това време, включват накрайници за стрели и украшения. В тях се е използвало метеоритно желязо, по-точно сплав от желязо и никел, от която се състоят метеоритите. В много езици е останало споменаването за небесния произход на желязото.

Между 2 хилядолетие пр.н.е. и 3 хилядолетие пр.н.е. в Месопотамия и Древен Египет се появяват първите предмети, направени от топено желязо (определя се по отсъствието на никел в състава му). Независимо от това желязото се е използвало основно в култови предмети. Вероятно по това време то е било много скъпо.

Между 1600 и 1200 г. пр.н.е. производството на желязо се е развивало в Близкия изток, но все още значително е отстъпвало по разпространение на бронза.

В периода между 12 и 10 век пр.н.е. в Близкия Изток станала рязка промяна в производството на инструменти и оръжия — от използването на бронз към желязо. Вероятно такъв бърз преход се е наложил не толкова заради прогреса в производството на желязо, колкото заради проблемите при доставката на калай — един от компонентите на бронза. Този исторически период някои автори наричат „Железен век“.

Местонахождение в природата

Желязото е един от най-разпространените в земната кора елементи (5%). От металите то отстъпва само на алуминия.

В природата то основно се среща във вид на оксиди (окиси).

Понякога се среща и самородно желязо, най-често като сплав с никел, което вероятно има метеоритен произход. Счита се, че земното ядро също се състои от желязо и никел.

Добив

В промишлеността желязото се получава от желязна руда, най-често хематит (Fe₂O₃) и магнетит (Fe₃O₄).

Първи етап на производство — в доменна пещ се подават рудата и въглеводороди, за да се получи чугун.

Втори етап — в мартенова пещ се премахва излишният въглерод и се получава стомана или желязо.

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ — Q (получаване в горната част на пещта)

FeO + C → Fe + CO + Q (получаване в долната част на пещта)

Химически чисто желязо се получава с помощта на електролиза от разтвори на негови соли.

Приложение

Желязото е най-употребяваният метал, като заема 95% от световния добив на метали.

• Основен компонент на стоманата и чугуна — едни от най-важните строителни материали. Желязото се използва основно за строителни конструкции, а също и в машиностроенето.
• Оксидите му са важен елемент в производствата на устройства за запис на данни: касети, дискети, твърди дискове.
• Сулфатите на желязото в смес с меден сулфат се използват за борба с вредителите в селското стопанство.

Биологична роля

Желязото играе важна роля в живота на практически всички организми, с изключение на някои бактерии.

В организма на животните желязото влиза в състава на много ферменти и белтъчини (протеини), участващи в окислително-редукционните реакции, например в процеса на дишането, тъй като то влиза в състава на хемоглобина.

Потребността на човек от желязо на 1 kg тегло е: деца — 0,6 mg, възрастни — 0,1 mg и бременни — 0,3 mg желязо на денонощие. Като правило, желязото, което приемаме с храната, е напълно достатъчно, но в някои специални случаи като (анемия, донорство на кръв) е необходимо да се приемат желязосъдържащи хранителни добавки.

Внимание! Предозирането с желязо вреди на организма! Ето защо на здрави хора не се препоръчва употребяването на препарати, съдържащи желязо!

Легендата, че спанакът съдържа много желязо, се ражда след печатна грешка. При описване резултатите от направено през 1870 г. немско изследване на съдържанието на желязо в различни храни, десетичната запетая в стойността за спанака била отместена по грешка надясно, като в резултат била публикувана десет пъти по-висока стойност. Грешката била поправена през 1937 г., но чрез пресата и филмите за „Попай Моряка“ (започнали през 1929 г.) в масовото съзнание вече се бил утвърдил митът за богатия на желязо спанак.

Литература

• Ludwig Beck: Die Geschichte des Eisens in technischer und kulturgeschichtlicher Beziehung. Band 1–5, Vieweg, Braunschweig 1884–1903.
• Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente - das Periodensystem in Fakten, Zahlen und Daten. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
• Vagn Fabritius Buchwald: Iron and steel in ancient times. Kong. Danske Videnskab. Selskab, Kopenhagen 2005, ISBN 87-7304-308-7.
• Otto Johannsen: Geschichte des Eisens. Düsseldorf 1925 (Digitalisat)
• H. Schoppa: Was der Hochöfner von seiner Arbeit wissen muss. Verlag Stahleisen, Düsseldorf 1992, ISBN 3-514-00443-9.

Външни препратки

• Mineralienatlas:Желязо, Mineralienatlas
• Mineralienatlas:Mineralienportrait/Желязо, Mineralienatlas
• Eisengewinnung im Hochofen, www.ta7.de
• Eisenherstellung in der Römerzeit, die-roemer-online.de
• Eisengewinnung in vorgeschichtlicher Zeit, Landschaftsmuseum Obermain