В разбавленной соляной и серной кислотах железо растворяется, т. е. окисляется ионами водорода:

Fe + 2HCI = FeCI2 + H2↑

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2↑

Растворяется железо и в разбавленной азотной кислоте, при этом образуются нитрат железа (III), вода и продукт восстановления азотной кислоты – N2 ,NO или NH3(NH4NO3) в зависимости от концентрации кислоты.

Сплавы железа

В природе чистое железо не существует. Оно входит в состав ряда минералов. К ним относятся магнитный железняк (магнетит) Fe3O4, красный железняк (гематит) Fe2O3, бурый железняк (лимонит) 2Fe2O3*3H2O. Все эти минералы используются в чёрной металлургии для производства чугуна и стали.

Чугун – это сплав на основе железа, содержащий от 2 до 4% углерода, а так же марганец, кремний, фосфор, и серу. Чугун Значительно твёрже железа, но обычно он очень хрупкий, не куётся, а при ударе разбивается. Различают два вида чугуна, к которым относятся серый и белый сплавы.

Серый чугун содержит 1,7-4,3% углерода, 1,25-4,0% кремния и до 1,5% марганца. Это сравнительно мягкий и поддающийся механической обработке материал. Углерод находится в этом сплаве в свободном состоянии и придаёт ему мягкость. Серый чугун используется для производства литых деталей.

Белый чугун содержит в себе 1,7-4,3% углерода, более 4% марганца, но очень мало кремния. Углерод в этом сплаве содержится в основном в виде цементита – карбида железа Fe3Cl, который твердость и хрупкость. Белый чугун используется для переработке стали.

Сталь – сплав на основе железа, содержащий менее 2% углерода. По химическому составу стали разделяют на углеродистую и легированную.

Углеродистая сталь представляет собой сплав железа главным образом с углеродом, но, в отличие от чугуна, содержание в ней углерода, а также марганца, кремния, фосфора и серы гораздо меньше. В зависимости от количества углерода стали подразделяют на мягкие, средние и твёрдые, причём, чем больше в сплаве углерода, тем она твёрже. Из мягкой и средней твёрдости сталей делают детали машин, трубы, болты, гвозди, скрепки и т. д., а из твёрдой – различные инструменты.

Легированная сталь – это тоже сплав железа с углеродом, только в него введены ещё специальные добавки, такие как хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий и др. Легирующие добавки придают сплаву особые качества. Так хромоникелевые стали очень пластичные, прочные, жаростойкие, кислотоупорные, устойчивые против коррозии. Такие стали применяются в строительстве, а также для изготовления нержавеющих предметов домашнего обихода (ножей, вилок, ложек), всевозможных медицинских и других инструментов. Хромомолибденовые и хромованадиевые стали очень твёрдые, прочные и жаростойкие. Они используются для изготовления трубопроводов, компрессоров, двигателей и многих других деталей машин современной техники. Хромовольфрамовые стали сохраняют большую твердость при очень высоких температурах и служат конструкционным материалом для быстрорежущих инструментов.

Чугун и сталь – более прочные материалы, чем само железо. Эти сплавы – основа развития техники и важнейший материал искусства.

Существует ещё одно природное соединение железа – железный, или серный, колчедан (пирит) FeS2. Он не служит железной рудой для получения металла, но применяется для производства серной кислоты.

Соединения железа

Как уже было сказано выше, для железа характерны два ряда соединений: соединения железа(II) и железа(III).

Оксид железа(II) FeO и соответствующий ему гидроксид железа(II) Fe(OH)2 получают косвенно, в частности по следующей цепи превращений:

Fe → FeCI2 → Fe(OH)2 → FeO

Оба соединения имеют ярко выраженные основные свойства.

Катионы железа(II) Fe2+ легко окисляются кислородом воздуха или другими окислителями до катионов железа(III) Fe3+. Поэтому белый осадок гидроксида железа(II) Fe(OH)2 на воздухе сначала приобретает зелёную окраску, а затем становится бурым, превращаясь в гидроксид железа(III) Fe(OH)3:

4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3

Оксид железа(III) Fe2O3 и соответствующий ему гидроксид железа(III) Fe(OH)3 также получают косвенно, например по цепочке:

Fe → FeCI3 → Fe(OH)3 → Fe2O3

Из солей железа наибольшее техническое значение имеют сульфиды и хлориды.

Кристаллогидрат сульфата железа(II) FeSO*7H2O, известный под названием железный купорос, применяют для борьбы с вредителями растений, для приготовления минеральных красок и в других целях.

Хлорид железа(III) FeCI3 используют в качестве протравы при крашении тканей.

Сульфат железа(III) Fe2(SO4)3*9H2O применяется при очистке воды и в других целях. Для распознавания соединений железа(II) и (III) проводят качественные реакции на ионы Fe2+ и Fe3+ . Такой реакцией служит реакция солей железа с соединением K3(Fe(CN)6) , называемым красной кровяной солью. В растворе она диссоциирует:

K3(Fe(CN)6) = 3K+ + (Fe(CN)6)3-

Реактивом на ионы является другое комплексное соединение – желтая кровяная соль – K4(Fe(CN)6), которая в растворе диссоциирует аналогично:

K4(Fe(CN)6) = 4K+ + (Fe(CN)6)4-

Если к растворам, содержащим ионы Fe2+ или Fe3+ , прилить, соответственно, растворы красной кровяной соли (реактив на Fe2+ ) и желтой кровяной соли (реактив на Fe3+ ), то в обоих случаях выпадает одинаковый синий осадок:

FeCI2 + K3(Fe(CN)6) 3+ 2+

→ KFe(Fe(CN)6)↓ + KCI

FeCI3 + K4(Fe(CN)6)

Для обнаружения ионов Fe3= ещё используют взаимодействие солей железа(III) с роданидом калия KNCS или аммония NH4NCS. При этом образуется ярко окрашенный ион FeNCS2+, в результате чего весь раствор приобретает интенсивно-красный цвет:

Fe3+ + NCS ↔ FeNCS2+

Роль железа в организме человека и других живых организмов очень велика. Оно входит в состав гемоглобина крови, который осуществляет перенос кослорода от органов дыхания к другим органам и биологическим тканям.

Впервые железо в организме человека учёные обнаружили в XIII веке.

Биологическая роль железа

Для нормального роста и выполнения биологических функций человеку и животным кроме витаминов необходим целый ряд неорганических элементов. Эти элементы можно разделить на две класса. Один из них – макроэлементы, а другой – микроэлементы.

Макроэлементы, к которым относятся кальций, магний, натрий, калий, фосфор, сера и хлор, требуются организму в относительно больших количествах (порядка нескольких граммов в сутки). Часто они выполняют более чем одну функцию.

Более непосредственное отношение к действию ферментов имеют независимые микроэлементы, суточная потребность в которых не превышает нескольких миллиграммов, то есть, сопоставима с потребностью в витаминах.

Известно, что в пище животных обязательно должно содержаться около 15 микроэлементов, большинство из которых выполняет, по меньшей мере, какую-нибудь одну из трёх возможных функций. Во-первых, незаменимый микроэлемент сам по себе может обладать каталитической активностью по отношению к той или иной химической реакции, скорость которой значительно возрастает в присутствии ферментного белка. Это особенно характерно для ионов железа и меди. Во-вторых, ион металла может образовывать комплекс одновременно с активным центром фермента, в результате чего происходит их сближение и переход в активную форму. И, в-третьих, ион металла может играть роль мощного акцептора электронов на определённой стадии.