28. Железо 56 26Fe.

Железо относится к металлам, известным человечеству с глубокой древности. Первыми металлами, применявшимися еще в Древнем Египте, были медь, золото, свинец, олово и железо.

Русское название происходит от санскритского корня «жель», что означает «блестеть», «пылать».

Нахождение в природе. Железо—один из самых распро­страненных металлов. Его содержание в земной коре дости­гает 4,66% по массе. В свободном состоянии железо найде­но лишь в метеоритах (так называемое никелистое метеорит­ное железо). В природных условиях оно встречается преиму­щественно в виде соединений, образуя залежи железных руд. Важнейшие минералы, включающие железо,—это магнит­ный железняк, или магнетит Fe₂0₄ (Fe₂O₃ -FeO); красный же­лезняк, или гематит F₂O₃; бурый железняк, или лимонит Fe₂О₃-Н₂О; железный шпат, или сидерит FeCO₃; железный колчедан, или пирит FeS₂

Физические свойства. Химически чистое железо представ­ляет собой блестящий, серебристо-белый пластичный металл. Значительно мягче золота и серебра. Легко подвергается ковке, прокатке и другим видам обработки в горячем и хо­лодном состояниях. Температура плавления 1539°С. Облада­ет магнитными свойствами, хорошей электро- и теплопровод­ностью.

Химические свойства. Железо относится к металлам со средней восстановительной активностью. В электрохимичес­ком ряду напряжений металлов располагается после цинка.

В обычных условиях железо очень медленно окисляется кислородом воздуха, однако накаленное железо легко сгора­ет с образованием оксида железа (III):

В присутствии влаги окисление железа на воздухе про­исходит быстрее и оно ржавеет, т. е. покрывается слоем гидpатиpованного оксида железа (III):

В присутствии следов влаги железо легко окисляется хлором, образуя хлорид железа (III):

Окисление железа слабыми окислителями приводит к образованию Fe(+), а силньыми — Fe(+3).

С водородом железо не реагирует.

При температуре 700 °С оксид железа (II) восстанавлива­ется ло металлического железа:

Соединения кремния, марганца и фосфора, содержащие­ся в железных рудах в виде примесей, также восстанавли­ваются:

Так называемую пустую породу в руде составляет глав­ным образом диоксид кремния. Чтобы перевести такие туго­плавкие примеси в более легкоплавкие соединения, к руде добавляют флюсы. В качестве флюса используется карбо­нат кальция СаСОз. Кремнистые примеси, содержащиеся в руде, взаимодействуют с оксидом кальция, образующимся при разложении СаСО₃:

В свою очередь СаSiOз легко отделяется в виде шлака. Приведенные реакции протекают в доменной печи, поэтому процесс получил название доменного. Схема доменного про­цесса приведена на рис. 54.

Продукт, получающийся в результате доменного процес­са, называется доменным чугуном; он содержит 3—4% углерода, а также примеси кремния, серы, фосфора и мар­ганца. Чугун хрупок, не поддается ковке и прокатке, бывает нескольких сортов: белый, серый, специальный и т. д.

В сером чугуне углерод находится в виде свободного гра­фита, в форме тончайших пластинок; этот чугун применяет­ся для литья.

Белый чугун содержит карбид железа, называемый цемен­том. Этот чугун очень тверд и хрупок и обычно применяется для получения стали. Добавка к чугуну фосфора делает его более текучим. Это свойство широко используется для худо­жественного литья из чугуна.

Сталь представляет собой сплав железа с углеродом, со­держащий очень малые количества тех же примесей, что и серый чугун. Содержание углерода в стали может колебать­ся от 0,1 до 1,5%. С увеличением содержания углерода проч­ность сталей возрастает. Исходным сырьем для получения сталей служит доменный чугун. В промышленности для пе­реработки чугуна в сталь применяют в основном бессеме­ровский и мартеновский процессы, а также варку стали в электропечах.