Утюг

Железо,  ₂₆ Fe

Утюг
Внешность	блестящий металлик с сероватым оттенком
Стандартный атомный вес A r, std (Fe)	55,845 (2) [1]
Железо в периодической таблице
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Утюг Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Банка Сурьма Теллур Йод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (элемент) Таллий Вести Висмут Полоний Астатин Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклиум Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Бориум Калий Мейтнерий Дармштадтиум Рентгений Копернициум Nihonium Флеровий Московиум Ливерморий Tennessine Оганессон - ↑ Fe ↓ Ру марганец ← железо → кобальт
Атомный номер ( Z )	26
Группа	группа 8
Период	период 4
Блокировать	d-блок
Электронная конфигурация	[ Ar ] 3d 6 4s 2
Электронов на оболочку	2, 8, 14, 2
Физические свойства
Фаза на  СТП	твердый
Температура плавления	1811  К (1538 ° С, 2800 ° F)
Точка кипения	3134 К (2862 ° С, 5182 ° F)
Плотность (около  rt )	7,874 г / см 3
в жидком состоянии (при  т. пл. )	6,98 г / см 3
Теплота плавления	13,81  кДж / моль
Теплота испарения	340 кДж / моль
Молярная теплоемкость	25,10 Дж / (моль · К)
Давление газа P  (Па) 1 10 100 1 к 10 тыс. 100 тыс. при  T  (K) 1728 1890 г. 2091 2346 2679 3132
Атомные свойства
Состояния окисления	−4, −2, −1, 0, +1, [2] +2 , +3 , +4, +5, [3] +6 , +7 [4] (  амфотерный оксид)
Электроотрицательность	Шкала Полинга: 1,83
Энергии ионизации	1-я: 762,5 кДж / моль 2-я: 1561,9 кДж / моль 3-я: 2957 кДж / моль ( больше )
Радиус атома	эмпирический: 126  пм
Ковалентный радиус	Низкое вращение: 132 ± 15:00 Высокое вращение: 152 ± 18:00
Спектральные линии железа
Другие свойства
Естественное явление	изначальный
Кристальная структура	объемно-центрированной кубической (ОЦК) а = 286,65 пм
Кристальная структура	гранецентрированной кубической (ГЦК) 1185–1667 К; а = 364,680 пм
Скорость звука тонкого стержня	5120 м / с (при  комнатной температуре ) (электролитический)
Тепловое расширение	11,8 мкм / (м · К) (при 25 ° C)
Теплопроводность	80,4 Вт / (м · К)
Удельное электрическое сопротивление	96,1 нОм · м (при 20 ° C)
Точка Кюри	1043 К
Магнитный заказ	ферромагнитный
Модуль для младших	211 ГПа
Модуль сдвига	82 ГПа
Объемный модуль	170 ГПа
коэффициент Пуассона	0,29
Твердость по Моосу	4
Твердость по Виккерсу	608 МПа
Твердость по Бринеллю	200–1180 МПа
Количество CAS	7439-89-6
История
Открытие	до 5000 г. до н.э.
Основные изотопы железа
Изотоп Избыток Период полураспада ( t 1/2 ) Режим распада Товар 54 Fe 5,85% стабильный 55 Fe син 2,73 года ε 55 Мн 56 Fe 91,75% стабильный 57 Fe 2,12% стабильный 58 Fe 0,28% стабильный 59 Fe син 44,6 г β - 59 Co 60 Fe след 2,6 × 10 6  г β - 60 Co
Категория: Утюг Посмотреть разговаривать редактировать | Рекомендации

Железо ( / aɪ ər п / ) является химическим элементом с символом Fe (от латинского : желез у ) и атомный номер 26. Это металл , который принадлежит к первой переходной серии и группе 8 в периодической таблице . Это по массе самый распространенный элемент на Земле , прямо перед кислородом (32,1% и 30,1% соответственно), формирующий большую часть внешнего и внутреннего ядра Земли.. Это четвертый по частоте элемент в земной коре .

В металлическом состоянии железо редко встречается в земной коре и ограничивается в основном отложениями метеоритов . Железные руды , напротив, являются одними из самых распространенных в земной коре, хотя для извлечения из них пригодного для использования металла требуются печи или печи, способные достигать температуры 1500 ° C (2730 ° F) или выше, примерно на 500 ° C (900 ° F) выше. чем требуется для плавки меди . Люди начали осваивать этот процесс в Евразии примерно в 2000 г. до н.э., ^{[ не подтверждено физически ],} и использование железных инструментов и оружия начало вытеснять медные сплавы.в некоторых регионах только около 1200 г. до н. э. Это событие считается переходом от бронзового века к железному веку . В современном мире сплавы железа, такие как сталь , нержавеющая сталь , чугун и специальные стали , на сегодняшний день являются наиболее распространенными промышленными металлами из-за их механических свойств и низкой стоимости.

Безупречные и гладкие поверхности из чистого железа зеркально-серебристо-серые. Однако железо легко реагирует с кислородом и водой с образованием гидратированных оксидов железа от коричневого до черного , обычно известных как ржавчина . В отличие от оксидов некоторых других металлов, которые образуют пассивирующие слои, ржавчина занимает больше объема, чем металл, и поэтому отслаивается, подвергая свежие поверхности коррозии.

В теле взрослого человека содержится около 4 граммов (0,005% веса тела) железа, в основном в виде гемоглобина и миоглобина . Эти две белки играют существенную роль в позвоночном метаболизма , соответственно переноса кислорода по крови и кислорода хранения в мышцах . Для поддержания необходимого уровня метаболизма железа у человека требуется минимум железа в рационе. Железо также металл на активном участке многих важных окислительно - восстановительных ферментов , связанные с клеточным дыханием и окислением и восстановлением растений и животными. ^[5]

С химической точки зрения наиболее распространенными степенями окисления железа являются железо (II) и железо (III) . Железо обладает многими свойствами других переходных металлов , включая другие элементы группы 8 , рутений и осмий . Железо образует соединения в широком диапазоне степеней окисления , от -2 до +7. Железо также образует множество координационных соединений ; некоторые из них, такие как ферроцен , ферриоксалат и берлинская лазурь , имеют существенное промышленное, медицинское или исследовательское применение.

Характеристики

Аллотропы

Известно, по крайней мере, четыре аллотропа железа (отличающиеся расположением атомов в твердом теле), условно обозначаемые α, γ, δ и ε.

Первые три формы наблюдаются при обычных давлениях. Когда расплавленное железо охлаждается выше точки замерзания 1538 ° C, оно кристаллизуется в свой δ-аллотроп, который имеет объемно-центрированную кубическую (ОЦК) кристаллическую структуру . По мере охлаждения до 1394 ° C он превращается в свой аллотроп γ-железа, гранецентрированную кубическую (ГЦК) кристаллическую структуру или аустенит . При 912 ° C и ниже кристаллическая структура снова становится аллотропом ОЦК α-железа. ^[6]

Физические свойства железа при очень высоких давлениях и температурах также широко изучались ^{[7] [8]} из-за их связи с теориями о ядрах Земли и других планет. Выше приблизительно 10 ГПа и температурах в несколько сотен градусов Кельвина или ниже α-железо превращается в другую гексагональную плотноупакованную (ГПУ) структуру, которая также известна как ε-железо . Более высокотемпературная γ-фаза также превращается в ε-железо, но при более высоком давлении.

Существуют противоречивые экспериментальные данные о стабильной β-фазе при давлениях выше 50 ГПа и температурах не менее 1500 К. Предполагается, что она имеет орторомбическую или двойную ГПУ-структуру. ^[9] (Что сбивает с толку, термин «β-железо» иногда также используется для обозначения α-железа выше точки Кюри, когда оно меняется с ферромагнитного на парамагнитное, хотя его кристаллическая структура не изменилась. ^[6] )

Внутреннее ядро из Земли , как правило , предполагается, состоит из железодефицитного никеля сплава с е (или & beta ; ) структурой. ^[10]

Точки плавления и кипения

Точки плавления и кипения железа, а также его энтальпия атомизации ниже, чем у более ранних 3d-элементов, от скандия до хрома , что свидетельствует об уменьшении вклада 3d-электронов в металлические связи, поскольку они все больше и больше привлекаются в инертные ядро ядром; ^[11], однако, они выше, чем значения для предыдущего элемента марганца, потому что этот элемент имеет наполовину заполненную трехмерную подоболочку и, следовательно, его d-электроны нелегко делокализовать. Та же тенденция проявляется для рутения, но не для осмия. ^[12]

Температура плавления железа экспериментально хорошо определена для давлений менее 50 ГПа. Для более высоких давлений опубликованные данные (по состоянию на 2007 год) все еще варьируются на десятки гигапаскалей и более тысячи кельвинов. ^[13]

Магнитные свойства

Ниже точки Кюри, равной 770 ° C, α-железо меняется с парамагнитного на ферромагнитное : спины двух неспаренных электронов в каждом атоме обычно совпадают со спинами его соседей, создавая общее магнитное поле . ^[15] Это происходит потому, что орбитали этих двух электронов (d _{z ²} и d _{x ² - y ²} ) не указывают на соседние атомы в решетке и, следовательно, не участвуют в металлической связи. ^[6]

В отсутствие внешнего источника магнитного поля атомы спонтанно разделяются на магнитные домены диаметром около 10 микрометров ^[16] , так что атомы в каждом домене имеют параллельные спины, но некоторые домены имеют другую ориентацию. Таким образом, макроскопический кусок железа будет иметь почти нулевое общее магнитное поле.

Приложение внешнего магнитного поля вызывает рост доменов, намагниченных в одном и том же общем направлении, за счет соседних, которые указывают в других направлениях, усиливая внешнее поле. Этот эффект используется в устройствах, которым необходимо направлять магнитные поля, таких как электрические трансформаторы , головки магнитной записи и электродвигатели . Примеси, дефекты решетки или границы зерен и частиц могут «закреплять» домены в новых положениях, так что эффект сохраняется даже после удаления внешнего поля, превращая железный объект в (постоянный) магнит . ^[15]

Подобное поведение демонстрируют некоторые соединения железа, такие как ферриты и минеральный магнетит , кристаллическая форма смешанного оксида железа (II, III) Fe
3О
4(хотя механизм атомного масштаба, ферримагнетизм , несколько иной). Кусочки магнетита с естественной постоянной намагниченностью ( магниты ) стали первыми компасами для навигации. Частицы магнетита широко использовались в магнитных носителях записи, таких как запоминающие устройства , магнитные ленты , дискеты и диски , пока они не были заменены материалами на основе кобальта .

Изотопы

Железо имеет четыре стабильных изотопа : ⁵⁴ Fe (5,845% природного железа), 56 Fe (91,754%), ⁵⁷ Fe (2,119%) и ⁵⁸ Fe (0,282%). Также создано 20-30 искусственных изотопов. Из этих изотопов стабильных, только ⁵⁷ Fe имеет ядерный спин (- ¹ / ₂ ). Нуклида ⁵⁴ Fe теоретически может пройти двойной захват электронов с ⁵⁴ Cr, но этот процесс никогда не наблюдалось и лишь нижний предел на период полураспада 3,1 × 10 ²² лет было установлено. ^[17]

⁶⁰ Fe - потухший радионуклид с длительным периодом полураспада (2,6 миллиона лет). ^[18] Его нет на Земле, но конечным продуктом его распада является его внучка, стабильный нуклид 60 Ni . ^[17] Большая часть последних работ по изотопному составу железы была сосредоточено на нуклеосинтез из ⁶⁰ Fe через исследование метеоритов и формирования руды. В последнее десятилетие достижения в области масс-спектрометрии позволили обнаруживать и количественно определять мельчайшие естественные вариации соотношений стабильных изотопов железа. Большая часть этой работы продиктованаСообщества, занимающиеся изучением Земли и планет , хотя появляются новые приложения к биологическим и промышленным системам. ^[19]

В фазах метеоритов Semarkona и Червоный Кут, корреляция между концентрацией ⁶⁰ Ni, от внучки из ⁶⁰ Fe, и обилие стабильного железа изотопов предоставили доказательство существования ⁶⁰ Fe во время формирования Солнечной системы . Возможно , энергия , выделяющаяся при распаде ⁶⁰ Fe, наряду с этим выпущен 26 Al , внесли свой вклад в переплавки и дифференциации от астероидов после их образования 4,6 миллиарда лет назад. Содержание ⁶⁰ Ni во внеземныхматериал может дать дальнейшее понимание происхождения и ранней истории Солнечной системы . ^[20]

Самый распространенный изотоп железа ⁵⁶ Fe представляет особый интерес для ученых-ядерщиков, потому что он представляет собой наиболее распространенную конечную точку нуклеосинтеза . ^[21] Поскольку ⁵⁶ Ni (14 альфа-частиц ) легко производятся из более легких ядер в альфа-процессе в ядерных реакциях в сверхновых (см. Процесс горения кремния ), это конечная точка цепочек слияния внутри чрезвычайно массивных звезд , поскольку добавление еще одного альфа частица, образующая ⁶⁰ Zn, требует гораздо больше энергии. Это ⁵⁶Ni, период полураспада которого составляет около 6 дней, создается в больших количествах в этих звездах, но вскоре распадается в результате двух последовательных излучений позитронов в продуктах распада сверхновой в газовом облаке остатка сверхновой , сначала до радиоактивного ⁵⁶ Co, а затем до стабильного. ⁵⁶ Fe. Таким образом, железо является наиболее распространенным элементом в ядрах красных гигантов и наиболее распространенным металлом в железных метеоритах и в плотных металлических ядрах планет, таких как Земля . ^[22] Он также очень распространен во Вселенной по сравнению с другими стабильными металлами примерно с таким же атомным весом . ^{[22] [23]}Железо - шестой по распространенности элемент во Вселенной и самый распространенный тугоплавкий элемент. ^[24]

Хотя дополнительный небольшой выигрыш в энергии может быть получен путем синтеза 62 Ni , который имеет немного более высокую энергию связи, чем ⁵⁶ Fe, условия в звездах не подходят для этого процесса. Производство элементов в сверхновых звездах и их распространение на Земле в значительной степени предпочтительнее для железа, чем для никеля, и в любом случае ⁵⁶ Fe по-прежнему имеет меньшую массу на нуклон, чем ⁶² Ni из-за большей доли более легких протонов. ^[25] Следовательно, элементы тяжелее железа требуют сверхновой для их образования, включая быстрый захват нейтронов стартовыми ядрами ⁵⁶ Fe. ^[22]

В далеком будущем Вселенной, если предположить, что распада протона не произойдет, холодный синтез, происходящий посредством квантового туннелирования, заставил бы легкие ядра в обычном веществе сливаться в ядра ⁵⁶ Fe. Деление и испускание альфа-частиц заставили бы тяжелые ядра распасться на железо, превратив все объекты звездной массы в холодные сферы из чистого железа. ^[26]

Происхождение и возникновение в природе

Космогенез

Изобилие железа на каменистых планетах, таких как Земля, связано с его обильным производством во время безудержного синтеза и взрыва сверхновых звезд типа Ia , которые разбрасывают железо в космос. ^{[27] [28]}

Металлическое железо

Металлическое или самородное железо редко встречается на поверхности Земли, потому что оно склонно к окислению. Однако считается, что как внутреннее, так и внешнее ядро Земли, на долю которых приходится 35% массы всей Земли, в основном состоят из сплава железа, возможно, с никелем . Считается, что электрические токи в жидком внешнем ядре являются источником магнитного поля Земли . Считается, что другие планеты земной группы ( Меркурий , Венера и Марс ), а также Луна имеют металлическое ядро, состоящее в основном из железа. В астероиды М-типа также считается, что они частично или большей частью сделаны из сплава металлического железа.

Редкие железные метеориты - основная форма природного металлического железа на поверхности Земли. Изделия из метеоритного железа холодной обработки были найдены на различных археологических раскопках, относящихся к тем временам, когда выплавка железа еще не была развита; а инуиты в Гренландии использовали железо из метеорита Кейп-Йорк для изготовления инструментов и охотничьего оружия. ^[29] Примерно 1 из 20 метеоритов состоит из уникальных железо-никелевых минералов тэнита (35–80% железа) и камасита (90–95% железа). ^[30]Самородное железо также редко встречается в базальтах, которые образовались из магм, которые вступили в контакт с богатыми углеродом осадочными породами, которые снизили летучесть кислорода в достаточной степени для кристаллизации железа. Он известен как теллурическое железо и описано в нескольких местах, таких как остров Диско в Западной Гренландии, Якутия в России и Бюль в Германии. ^[31]

Минералы мантии

Ферропериклаз (Mg, Fe) O , твердый раствор периклаза (MgO) и вюстита (FeO), составляет около 20% объема нижней мантии Земли, что делает его второй по распространенности минеральной фазой в этом регионе. после силикатного перовскита (Mg, Fe) SiO
3; он также является основным носителем железа в нижней мантии. ^[32] В нижней части переходной зоны мантии происходит реакция γ- (Mg, Fe)
2[SiO
4] ↔ (Mg, Fe) [SiO
3] + (Mg, Fe) O превращает γ-оливин в смесь силикатного перовскита и ферропериклаза и наоборот. В литературе эту минеральную фазу нижней мантии также часто называют магнезиовюститом. ^[33] Силикатный перовскит может составлять до 93% нижней мантии ^[34], а форма магниевого железа (Mg, Fe) SiO
3, считается самым распространенным минералом на Земле, составляя 38% от ее объема. ^[35]

земной коры

Хотя железо является самым распространенным элементом на Земле, большая часть этого железа сосредоточена во внутреннем и внешнем ядрах. ^{[36] [37]} Доля железа, которая находится в земной коре, составляет всего около 5% от общей массы коры и, таким образом, является только четвертым по распространенности элементом в этом слое (после кислорода , кремния и алюминия ). ^[38]

Большая часть железа в коре сочетается с различными другими элементами, образуя множество минералов железа . Важным классом являются минералы оксида железа, такие как гематит (Fe ₂ O ₃ ), магнетит (Fe ₃ O ₄ ) и сидерит (FeCO ₃ ), которые являются основными рудами железа . Многие магматические породы также содержат сульфидные минералы пирротин и пентландит . ^{[39] [40]} Во время выветриванияжелезо имеет тенденцию выщелачиваться из сульфидных отложений в виде сульфата и из силикатных отложений в виде бикарбоната. Оба они окисляются в водном растворе и выпадают в осадок даже при слегка повышенном pH в виде оксида железа (III) . ^[41]

Крупные месторождения железа представляют собой полосчатые железные образования , тип породы, состоящий из повторяющихся тонких слоев оксидов железа, чередующихся с полосами бедных железом сланцев и кремней . Полосчатые железные образования образовались между 3700  миллионами лет назад и 1800  миллионами лет назад . ^{[42] [43]}

Материалы, содержащие тонкоизмельченные оксиды или оксид-гидроксиды железа (III), такие как охра , использовались в качестве желтых, красных и коричневых пигментов с доисторических времен. Они также вносят свой вклад в цвет различных горных пород и глин , включая целые геологические образования, такие как Окрашенные холмы в Орегоне и Бунтсандштейн («цветной песчаник», британский Бантер ). ^[44] Через Eisensandstein (в юрском «железном песчанике», например , из Donzdorf в Германии) ^[45] и ванна каменьв Великобритании соединения железа являются причиной желтоватого цвета многих исторических зданий и скульптур. ^[46] Пресловутый красный цвет поверхности Марса получен из оксида железа богатых реголита . ^[47]

Значительные количества железа содержатся в минеральном пирите сульфида железа (FeS ₂ ), но из него трудно извлечь железо, и поэтому он не используется. Фактически, железо настолько распространено, что производство обычно сосредоточено только на рудах с очень большим его содержанием.

Согласно отчету International Resource Panel « Запасы металла в обществе» , глобальные запасы железа, используемого в обществе, составляют 2200 кг на душу населения. В этом отношении более развитые страны отличаются от менее развитых (7 000–14 000 против 2 000 кг на душу населения). ^[48]

Химия и соединения

Железо демонстрирует характерные химические свойства переходных металлов , а именно способность образовывать различные степени окисления, различающиеся ступенями одного, и очень большую координационную и металлоорганическую химию: действительно, именно открытие соединения железа, ферроцена , произвело революцию в последнем. поле в 1950-е гг. ^[49] Железо иногда считают прототипом всего блока переходных металлов из-за его большого количества и огромной роли, которую оно сыграло в техническом прогрессе человечества. ^[50] Его 26 электронов расположены в конфигурации [Ar] 3d ⁶ 4s ², из которых 3d- и 4s-электроны относительно близки по энергии, и, таким образом, он может потерять переменное количество электронов, и нет четкой точки, где дальнейшая ионизация станет невыгодной. ^[12]

Железо образует соединения в основном в степенях окисления +2 ( железо (II) , «двухвалентное») и +3 ( железо (III) , «трехвалентное»). Железо также находится в более высоких степенях окисления , например, в пурпурном феррате калия (K ₂ FeO ₄ ), который содержит железо в степени окисления +6. Хотя был заявлен оксид железа (VIII) (FeO ₄ ), отчет не мог быть воспроизведен, и такой вид из-за удаления всех электронов элемента за пределами предыдущей конфигурации инертного газа (по крайней мере, с железом в степени окисления +8 ) вычислительно маловероятна. ^[51] Однако одна форма анионного [FeO ₄ ]^- железо в степени окисления +7 вместе с (V) -пероксоизомером железа было обнаружено с помощью инфракрасной спектроскопии при 4 К после совместной конденсации атомов Fe, подвергшихся лазерной абляции, со смесью O ₂ / Ar. ^[52] Железо (IV) является обычным промежуточным продуктом во многих реакциях биохимического окисления. ^{[53] [54]} Многие органические соединения железа имеют формальную степень окисления +1, 0, -1 или даже -2. Степени окисления и другие связывающие свойства часто оценивают с использованием техники мессбауэровской спектроскопии . ^[55] Многие соединения со смешанной валентностью содержат центры железа (II) и железа (III), такие как магнетит иБерлинская лазурь ( Fe
4(Fe [CN]
6)
3). ^[54] Последний используется в чертежах как традиционный «синий» . ^[56]

Железо - первый из переходных металлов, который не может достичь своей групповой степени окисления +8, хотя его более тяжелые родственные соединения рутений и осмий могут, с рутением сложнее, чем с осмием. ^[6] Рутений проявляет водную катионную химию в своих низких степенях окисления, аналогичную таковой у железа, но осмий нет, что благоприятствует высоким степеням окисления, в которых он образует анионные комплексы. ^[6] Во второй половине серии 3d-переходов вертикальное сходство вниз по группам конкурирует с горизонтальным сходством железа со своими соседями кобальтом и никелем в периодической таблице, которые также являются ферромагнитными при комнатной температуре.и разделяют похожую химию. Таким образом, железо, кобальт и никель иногда объединяют в триаду железа . ^[50]

В отличие от многих других металлов, железо не образует амальгам с ртутью . В результате ртуть продается в стандартных металлических колбах весом 76 фунтов (34 кг). ^[57]

Железо - безусловно, самый реактивный элемент в своей группе; он пирофорен при тонком измельчении и легко растворяется в разбавленных кислотах, давая Fe ²⁺ . Однако он не реагирует с концентрированной азотной кислотой и другими окисляющими кислотами из-за образования непроницаемого оксидного слоя, который, тем не менее, может реагировать с соляной кислотой . ^[6]

Бинарные соединения

Оксиды и гидроксиды

Железо образует различные оксидные и гидроксидные соединения ; наиболее распространены оксид железа (II, III) (Fe ₃ O ₄ ) и оксид железа (III) (Fe ₂ O ₃ ). Оксид железа (II) также существует, хотя он нестабилен при комнатной температуре. Несмотря на их названия, на самом деле все они нестехиометрические , состав которых может варьироваться. ^[58] Эти оксиды являются основными рудами для производства железа (см. Блюмеры и доменные печи). Они также используются в производстве ферритов , полезных магнитных накопителей.СМИ в компьютерах и пигменты. Самый известный сульфид - железный пирит (FeS ₂ ), также известный как золото дураков из-за его золотистого блеска. ^[54] Это не соединение железа (IV), а на самом деле полисульфид железа (II), содержащий Fe ²⁺ и S^2-
₂ионы в искаженной структуре хлорида натрия . ^[58]

Галогениды

Бинарные галогениды двухвалентного и трехвалентного железа хорошо известны. Галогениды двухвалентного железа обычно возникают в результате обработки металлического железа соответствующей галогеноводородной кислотой с получением соответствующих гидратированных солей. ^[54]

Fe + 2 HX → FeX ₂ + H ₂ (X = F, Cl, Br, I)

Железо реагирует с фтором, хлором и бромом с образованием соответствующих галогенидов железа, из которых наиболее распространен хлорид железа . ^[59]

2 Fe + 3 X ₂ → 2 FeX ₃ (X = F, Cl, Br)

Иодид железа является исключением, поскольку он термодинамически нестабилен из-за окислительной способности Fe ³⁺ и высокой восстанавливающей способности I ^- : ^[59]

2 I ^- + 2 Fe ³⁺ → I ₂ + 2 Fe ²⁺ (E ⁰ = +0,23 В)

Иодид железа, твердое вещество черного цвета, нестабилен в обычных условиях, но может быть получен реакцией пентакарбонила железа с йодом и монооксидом углерода в присутствии гексана и света при температуре -20 ° C, без кислорода и воды. . ^[59]

Химия раствора

В стандартных потенциалах восстановления в кислом водном растворе для некоторых общих ионов железа приведены ниже: ^[6]

Красно-фиолетовый тетраэдрический анион феррата (VI) является настолько сильным окислителем, что окисляет азот и аммиак при комнатной температуре и даже саму воду в кислых или нейтральных растворах: ^[59]

4 FeO^2-
₄+ 10 часов
₂O → 4 Fe³⁺
+ 20 ОН^-
+ 3 О ₂

Ион Fe ³⁺ имеет простую катионную химию, хотя бледно-фиолетовый гексаквойон [Fe (H
2O)
6] ³⁺ очень легко гидролизуется при повышении pH выше 0 следующим образом: ^[60]

При повышении pH выше 0 образуются указанные выше желтые гидролизованные частицы, а при повышении его значения выше 2–3 из раствора выпадает в осадок красновато-коричневый водный оксид железа (III) . Хотя Fe ³⁺ имеет конфигурацию d ⁵ , его спектр поглощения не похож на спектр поглощения Mn ²⁺ с его слабыми запрещенными по спину полосами d – d, поскольку Fe ³⁺ имеет более высокий положительный заряд и большую поляризацию, что снижает энергию его поглощение с переносом заряда от лиганда к металлу . Таким образом, все вышеперечисленные комплексы довольно сильно окрашены, за единственным исключением гексакво-иона, и даже у него в спектре преобладает перенос заряда в ближней ультрафиолетовой области. ^[60]С другой стороны, бледно-зеленый гексаквоион железа (II) [Fe (H
2O)
6] ²⁺ не подвергается заметному гидролизу. При добавлении карбонат- анионов диоксид углерода не выделяется , что вместо этого приводит к осаждению карбоната белого железа (II) . В избытке диоксида углерода он образует малорастворимый бикарбонат, который обычно встречается в грунтовых водах, но он быстро окисляется на воздухе с образованием оксида железа (III), который составляет коричневые отложения, присутствующие в значительном количестве потоков. ^[61]

Координационные соединения

Из-за своей электронной структуры железо имеет очень большой координационный и металлоорганический состав.

Известно много координационных соединений железа. Типичным шестикоординированным анионом является гексахлороферрат (III), [FeCl ₆ ] ^3- , обнаруженный в смешанной соли тетракис (метиламмония) гексахлорферрата (III) хлорида . ^{[62] [63]} Комплексы с множественными бидентатными лигандами имеют геометрические изомеры . Так , например, транс - chlorohydridobis (бис-1,2- (дифенилфосфино) этан) железа (II) , комплекс используется в качестве исходного материала для соединений с Fe ( DPPE )
2 часть . ^{[64] [65]} Ферриоксалат-ион с тремя оксалатными лигандами (показан справа) демонстрирует спиральную хиральность с его двумя несложными геометриями, обозначенными Λ (лямбда) для оси левого винта и Δ (дельта) для правостороннего ось винта в соответствии с соглашениями IUPAC. ^[60] Ферриоксалат калия используется в химической актинометрии и вместе с его натриевой солью подвергается фотовосстановлению, применяемому в старых фотографических процессах. Дигидрат из оксалата железа (II) имеет полимерныйструктура с копланарными ионами оксалата, соединяющими центры железа с кристаллизационной водой, расположенной в шапках каждого октаэдра, как показано ниже. ^[66]

Комплексы железа (III) очень похожи на комплексы хрома (III), за исключением того, что железо (III) отдает предпочтение O- донору вместо лигандов N- донора. Последние имеют тенденцию быть более нестабильными, чем комплексы железа (II), и часто диссоциируют в воде. Многие комплексы Fe – O имеют интенсивный цвет и используются в качестве тестов для определения фенолов или енолов . Например, в тесте с хлоридом железа , используемом для определения присутствия фенолов, хлорид железа (III) реагирует с фенолом с образованием темно-фиолетового комплекса: ^[60]

3 ArOH + FeCl ₃ → Fe (OAr) ₃ + 3 HCl (Ar = арил )

Среди галогенидных и псевдогалогенидных комплексов фторокомплексы железа (III) являются наиболее стабильными, при этом бесцветный [FeF ₅ (H ₂ O)] ^2– наиболее устойчив в водном растворе. Хлорокомплексы менее стабильны и способствуют тетраэдрической координации, как в [FeCl ₄ ] ^- ; [FeBr ₄ ] ^- и [FeI ₄ ] ^- легко восстанавливаются до железа (II). Тиоцианат - это распространенный тест на присутствие железа (III), поскольку он образует кроваво-красный [Fe (SCN) (H ₂ O) ₅ ] ²⁺. Как и марганец (II), большинство комплексов железа (III) являются высокоспиновыми, за исключением комплексов с лигандами, входящими в спектрохимический ряд, такими как цианид . Примером низкоспинового комплекса железа (III) является [Fe (CN) ₆ ] ^3– . Цианидные лиганды могут быть легко отделены в [Fe (CN) ₆ ] ^3– , и, следовательно, этот комплекс ядовит, в отличие от комплекса железа (II) [Fe (CN) ₆ ] ^4–, обнаруженного в берлинской синей ^[60], который не выделяет цианистый водород, кроме случаев добавления разбавленных кислот. ^[61] Железо демонстрирует большое разнообразие электронных спиновых состояний., В том числе всех возможных спиновых квантовых чисел значение для d-блочного элемента от 0 (диамагнитного) до ⁵ / ₂ (5 неспаренных электронов). Это значение всегда вдвое меньше количества неспаренных электронов. Комплексы с нулевым или двумя неспаренными электронами считаются низкоспиновыми, а комплексы с четырьмя или пятью - высокоспиновыми. ^[58]

Комплексы железа (II) менее стабильны, чем комплексы железа (III), но предпочтение О- донорных лигандов менее выражено, так что, например, [Fe (NH
3)
6] ²⁺ известен, а [Fe (NH
3)
6] ³⁺ нет. Они имеют тенденцию к окислению до железа (III), но это можно смягчить низким pH и используемыми специфическими лигандами. ^[61]

Металлоорганические соединения

Химия органического железа - это исследование металлоорганических соединений железа, в которых атомы углерода ковалентно связаны с атомом металла. Их много и они разнообразны, в том числе цианидные комплексы , карбонильные комплексы , сэндвич -соединения и полусэндвич-соединения .

Берлинская лазурь или «ферроцианид железа», Fe ₄ [Fe (CN) ₆ ] ₃ , представляет собой старый и хорошо известный комплекс цианида железа, широко используемый в качестве пигмента и в некоторых других областях. Его образование может быть использовано в качестве простого влажного теста химии различать водные растворы Fe ²⁺ и Fe ³⁺ , как они реагируют (соответственно) с феррицианидой калите и ферроцианидой калии с образованием берлинской лазури. ^[54]

Другой старый пример железоорганического соединения - пентакарбонил железа , Fe (CO) ₅ , в котором нейтральный атом железа связан с атомами углерода пяти молекул монооксида углерода . Это соединение можно использовать для получения порошка карбонильного железа , высокореакционной формы металлического железа. Термолиз пентакарбонила железа дает додекакарбонил трижелеза , Fe
3(CO)
12, a с кластером из трех атомов железа в ядре. Реагент Коллмана, тетракарбонилферрат динатрия , является полезным реагентом для органической химии; он содержит железо в степени окисления -2. Димер дикарбонила циклопентадиенильного железа содержит железо в редкой степени окисления +1. ^[67]

Вехой в этой области стало открытие в 1951 г. удивительно стабильного сэндвич-соединения ферроцена Fe (C
5ЧАС
5)
2, Полсоном и Кили ^[68] и независимо Миллером и другими ^[69], чья удивительная молекулярная структура была определена только год спустя Вудвордом и Уилкинсоном ^[70] и Фишером . ^[71] Ферроцен по-прежнему остается одним из самых важных инструментов и моделей в этом классе. ^[72]

Металлоорганические соединения с железом используются в качестве катализаторов . Комплекс Knölker , например, представляет собой катализатор гидрогенизации с переносом для кетонов . ^[73]

Промышленное использование

Соединения железа, производимые в самых крупных масштабах в промышленности, - это сульфат железа (II) (FeSO ₄ · 7 H 2 O ) и хлорид железа (III) (FeCl ₃ ). Первая является одним из наиболее доступных источников железа (II), но менее устойчива к окислению в воздухе, чем соль Мора ( (NH
4)
2Fe (SO
4)
2· 6H ₂ O ). Соединения железа (II) имеют тенденцию окисляться в воздухе до соединений железа (III). ^[54]

Этимология

Поскольку железо используется так долго, у него много названий. Источником его химического символа Fe является латинское слово ferrum , а его потомки - названия этого элемента на романских языках (например, французское fer , испанское hierro , итальянское и португальское ferro ). ^[74] Само слово ferrum , возможно, происходит от семитских языков через этрусский , от корня, который также дал начало древнеанглийскому bræs « медь ». ^[75]Английское слово « железо» происходит от протогерманского * isarnan , которое также является источником немецкого имени Eisen . Скорее всего, оно было заимствовано из кельтского * isarnon , которое в конечном итоге происходит от протоиндоевропейского * is- (e) ro- «могущественный, святой» и, наконец, * eis «сильный», ссылаясь на силу железа как металла. ^[76] Клюге относит * isarnon к иллирийскому и латинскому ira , «гнев»). ^{[ Править ]} Балто-славянские имена для железа (например , русское железо [zhelezo ], польское żelazo , литовское geležis ) - единственные, происходящие непосредственно от протоиндоевропейского * g ^h elg ^h - «железо». ^[77] На многих из этих языков слово « железо» может также использоваться для обозначения других предметов, сделанных из железа или стали, или, образно говоря, из-за твердости и прочности металла. ^[78] Китайский TIE ( традиционный鐵; упрощена铁) происходит от прото-китайско-тибетский * hliek , ^[79] и был заимствован в японском языкеas 鉄tetsu , у которого также есть местное чтение kurogane «блэк-металл» (аналогично тому, как железо упоминается в английском слове кузнец ). ^[80]

История

Развитие металлургии железа

Железо - один из элементов, несомненно известных древнему миру. ^[81] Она была разработана, или кованым , на протяжении тысячелетий. Однако железные предметы большого возраста встречаются гораздо реже, чем предметы из золота или серебра, из-за легкости, с которой железо разъедает. ^[82] Технология развивалась медленно, и даже после открытия плавки железо потребовалось много веков, чтобы заменить бронзу в качестве металла, используемого для изготовления инструментов и оружия.

Метеоритное железо

Бусы, сделанные из метеоритного железа в 3500 г. до н.э. или ранее, были найдены в Герце, Египет, Г.А. Уэйнрайтом. ^[83] Бусины содержат 7,5% никеля, что является признаком метеорного происхождения, поскольку железо, обнаруженное в земной коре, обычно содержит лишь незначительные примеси никеля.

Метеоритное железо высоко ценилось из-за своего происхождения с небес и часто использовалось для изготовления оружия и инструментов. ^[83] Например, в гробнице Тутанхамона был найден кинжал из метеоритного железа , содержащий такие же пропорции железа, кобальта и никеля, что и метеорит, обнаруженный в этом районе, выпавший в результате древнего метеорного потока. ^{[84] [85] [86]} Предметы, которые, вероятно, были сделаны египтянами из железа, датируются периодом от 3000 до 2500 лет до нашей эры. ^[82]

Метеоритное железо сравнительно мягкое и пластичное, легко поддается холодной ковке, но может стать хрупким при нагревании из-за содержания никеля . ^[87]

Кованое железо

Первое производство железа началось в среднем бронзовом веке , но прошло несколько столетий, прежде чем железо вытеснило бронзу. Образцы плавленого железа из Асмара , Месопотамии и базара Талль Чагар на севере Сирии были изготовлены где-то между 3000 и 2700 годами до нашей эры. ^[88] хетты основал империю в северо-центральной Анатолии около 1600 г. до н. Похоже, они первыми осознали производство железа из руд и высоко оценили его в своем обществе. ^[89] хетты стали расплавом железа между 1500 и 1200 до н.э. и практика распространилась на остальной части Ближнего Востока после их империя пала в 1180 году до нашей эры. ^[88]Последующий период называется железным веком .

Артефакты из выплавленного железа были найдены в Индии с 1800 по 1200 год до нашей эры ^[90] и в Леванте примерно с 1500 года до нашей эры (что предполагает выплавку в Анатолии или на Кавказе ). ^{[91] [92]} Предполагаемые ссылки (сравните историю металлургии в Южной Азии ) на железо в индийских Ведах использовались для заявлений об очень раннем использовании железа в Индии, соответственно, чтобы датировать тексты как таковые. В Rigveda термин Ayas (металл) , вероятно , относится к меди и бронзы, в то время как железо или Шйама Айаса , буквально «черный металл», впервые описанное в пост-RigvedicАтхарваведа . ^[93]

Некоторые археологические данные свидетельствуют о том, что железо выплавляли в Зимбабве и юго-восточной Африке еще в восьмом веке до нашей эры. ^[94] Обработка железа была завезена в Грецию в конце 11 века до нашей эры, откуда она быстро распространилась по Европе. ^[95]

Распространение обработки железа в Центральной и Западной Европе связано с кельтской экспансией. По словам Плиния Старшего , в римскую эпоху железо было обычным делом . ^[83] Годовой объем производства железа в Римской империи оценивается в 84750 тонн , ^{[96] в} то время как современный ханьский Китай с такой же численностью населения производил около 5000 тонн. ^[97] В Китае железо появляется только около 700–500 лет до нашей эры. ^[98] Выплавка железа могла быть завезена в Китай через Среднюю Азию. ^[99] Самые ранние свидетельства использования доменной печив Китае датируется 1 веком нашей эры ^[100], а купольные печи использовались еще в период Сражающихся царств (403–221 гг. до н.э.). ^[101] Использование доменной печи и купольной печи оставалось широко распространенным во времена династий Сун и Тан . ^[102]

Во время промышленной революции в Британии Генри Корт начал очищать чугун от чугуна до кованого железа (или пруткового железа), используя инновационные производственные системы. В 1783 году он запатентовал процесс очистки железной руды в лужах. Позже он был улучшен другими, в том числе Джозефом Холлом . ^[103]

Чугун

Чугун был впервые произведен в Китае в 5 веке до нашей эры ^[104], но едва ли в Европе до средневековья. ^{[105] [106]} Первые чугунные артефакты были обнаружены археологами в том, что в настоящее время современный Luhe округа , Цзянсу в Китае. Чугун использовался в древнем Китае для ведения войны, сельского хозяйства и архитектуры. ^[107] В средневековый период в Европе были найдены средства производства кованого железа из чугуна (в данном контексте известного как чугун ) с использованием кузнечных изделий . Для всех этих процессов древесный угольтребовалось как топливо. ^[108]

Средневековые доменные печи были около 10 футов (3,0 м) в высоту и выполнены из несгораемого кирпича; принудительный воздух обычно подавался сильфонами с ручным управлением. ^[106] Современные доменные печи стали намного больше, с подами диаметром четырнадцать метров, что позволяет им производить тысячи тонн железа каждый день, но, по сути, они работают почти так же, как и в средневековые времена. ^[108]

В 1709 году Авраам Дарби I установил коксовую доменную печь для производства чугуна, заменив древесный уголь, но продолжая использовать доменные печи. Последовавшая доступность недорогого железа была одним из факторов, приведших к промышленной революции . К концу 18 века чугун начал заменять кованое железо для определенных целей, потому что он был дешевле. Содержание углерода в железе не рассматривалось как причина различий в свойствах кованого железа, чугуна и стали до 18 века. ^[88]

Поскольку железо дешевело и становилось все более доступным, оно также стало основным конструкционным материалом после постройки первого железного моста в 1778 году. Этот мост до сих пор стоит в качестве памятника роли железа в промышленной революции. После этого железо использовалось в рельсах, лодках, кораблях, акведуках и зданиях, а также в железных цилиндрах паровых двигателей . ^[108] Железные дороги сыграли центральную роль в формировании современности и идей прогресса ^[109], и на различных языках (например, французском, испанском, итальянском и немецком) железные дороги называются железной дорогой .

Стали

Сталь (с меньшим содержанием углерода, чем чугун, но больше, чем кованое железо) была впервые произведена в древности с использованием шаровар . К 1000 году до нашей эры кузнецы Луристана в западной Персии делали хорошую сталь. ^[88] Затем, около 300 г. до н.э. и 500 г. н.э. были разработаны улучшенные версии, сталь Wootz от Индии и дамасская сталь . Эти методы были специализированными, и поэтому сталь не стала основным товаром до 1850-х годов. ^[110]

Новые методы его получения путем науглероживания железных прутков в процессе цементирования были изобретены в 17 веке. Во время промышленной революции были разработаны новые методы производства пруткового чугуна без древесного угля, которые позже были применены для производства стали. В конце 1850-х годов Генри Бессемер изобрел новый процесс производства стали, предполагающий продувку воздуха через расплавленный чугун для производства мягкой стали. Это сделало сталь намного более экономичной, что привело к тому, что кованое железо больше не производилось в больших количествах. ^[111]

Основы современной химии

В 1774 году Антуан Лавуазье использовал реакцию водяного пара с металлическим железом внутри раскаленной железной трубки для получения водорода в своих экспериментах, которые привели к демонстрации сохранения массы , что сыграло важную роль в превращении химии из качественной науки в количественную. ^[112]

Символическая роль

Железо играет определенную роль в мифологии и нашло различные значения в качестве метафоры и в фольклоре . Греческий поэт Гесиод «s Труды и дни (строки 109-201) перечисляет различные возрасты человека по имени после того, как металлы , как золото, серебро, бронза и железо на счет для последующих эпох человечества. ^[113] Железный век был тесно связан с Римом, и в « Метаморфозах » Овидия

Добродетели в отчаянии покинули землю; и порочность человека становится всеобщей и полной. Тогда на смену пришла твердая сталь.

-  Овидий, Метаморфозы , Книга I, Железный век, строка 160 и далее

Пример важности символической роли железа можно найти в немецкой кампании 1813 года . Фридрих Вильгельм III заказал тогда первый Железный крест как военную награду. Пик производства железных украшений в Берлине пришелся на период между 1813 и 1815 годами, когда прусская королевская семья призвала граждан жертвовать золотые и серебряные украшения на военные нужды. Надпись Gold gab ich für Eisen (Я отдал золото за железо) также использовалась в более поздних военных действиях. ^[114]

Производство металлического железа

Лабораторные маршруты

Для некоторых ограниченных целей, когда это необходимо, чистое железо производится в лаборатории в небольших количествах путем восстановления чистого оксида или гидроксида водородом или образования пентакарбонила железа и нагревания его до 250 ° C, чтобы оно разлагалось с образованием чистого порошка железа. . ^[41] Другой метод - электролиз хлорида железа на железном катоде. ^[115]

Главный промышленный маршрут

В настоящее время промышленное производство чугуна или стали состоит из двух основных этапов. На первом этапе, железная руда уменьшается с кокса в доменной печи , а расплавленный металл отделяется от грубых примесей , таких как силикатные минералы . На этой стадии получается сплав - чугун, который содержит относительно большое количество углерода. На втором этапе количество углерода в передельном чугуне снижается путем окисления с получением кованого железа, стали или чугуна. ^[117] На этом этапе могут быть добавлены другие металлы для получения легированных сталей .

Доменная обработка

Доменная печь загружается железной рудой, обычно гематитом Fe.
2О
3или магнетит Fe
3О
4вместе с коксом ( уголь , который подвергался раздельному спеканию для удаления летучих компонентов). Через смесь продувается воздух, предварительно нагретый до 900 ° C, в количестве, достаточном для превращения углерода в монооксид углерода : ^[117]

2 С + О ₂ → 2 СО

Эта реакция повышает температуру примерно до 2000 ° C. Окись углерода восстанавливает железную руду до металлического железа ^[117]

Fe ₂ O ₃ + 3 CO → 2 Fe + 3 CO ₂

Некоторое количество железа в высокотемпературной нижней области печи вступает в реакцию непосредственно с коксом: ^[117]

2 Fe ₂ O ₃ + 3 C → 4 Fe + 3 CO ₂

Поток , такой как известняк ( карбонат кальция ) или доломита (карбоната кальция и магния) также добавляется к нагрузке печи в. Его цель - удалить из руды кремнеземистые минералы, которые в противном случае засорили бы печь. Тепло печи разлагает карбонаты до оксида кальция , который реагирует с любым избытком кремнезема с образованием шлака, состоящего из силиката кальция CaSiO.
3или другие продукты. При температуре печи и металл, и шлак расплавляются. Они собираются внизу в виде двух несмешивающихся жидких слоев (со шлаком наверху), которые затем легко разделяются. ^[117] Шлак можно использовать в качестве материала в дорожном строительстве или для улучшения бедных минералами почв для сельского хозяйства . ^[106]

Сталеплавильное производство

Как правило, чугун, полученный в доменной печи, содержит до 4–5% углерода с небольшими количествами других примесей, таких как сера, магний, фосфор и марганец. Высокий уровень углерода делает его относительно непрочным и хрупким. Снижение количества углерода до 0,002–2,1% при массовом производстве стали , которая может быть в 1000 раз тверже чистого железа. Затем путем холодной обработки , горячей прокатки , ковки , механической обработки и т. Д. Можно изготавливать большое количество различных стальных изделий. Вместо этого при удалении других примесей получается чугун, который используется для литья изделий в литейных цехах ; например, печи, трубы, радиаторы, фонарные столбы и рельсы. ^[117]

После штамповки стальные изделия часто подвергаются различным видам термообработки . Отжиг заключается в их нагревании до 700–800 ° C в течение нескольких часов с последующим постепенным охлаждением. Это делает сталь более мягкой и удобной. ^[119]

Прямое восстановление железа

По соображениям охраны окружающей среды были разработаны альтернативные методы обработки железа. « Прямое восстановление железа » восстанавливает железную руду до куска железа, называемого «губчатым» железом или «прямым» железом, подходящим для выплавки стали. ^[106] В процесс прямого восстановления входят две основные реакции:

Природный газ частично окисляется (с теплом и катализатором): ^[106]

2 СН ₄ + О ₂ → 2 СО + 4 Н ₂

Затем железная руда обрабатывается этими газами в печи, в результате получается твердое губчатое железо: ^[106]

Fe ₂ O ₃ + CO + 2 H ₂ → 2 Fe + CO ₂ + 2 H ₂ O

Кремнезем удаляют добавлением известнякового флюса, как описано выше. ^[106]

Термитный процесс

Воспламенение смеси алюминиевого порошка и оксида железа дает металлическое железо через термитную реакцию :

Fe ₂ O ₃ + 2 Al → 2 Fe + Al ₂ O ₃

В качестве альтернативы чугун может быть превращен в сталь (с содержанием углерода до 2%) или кованое железо (технически чистое железо). Были использованы различные способы для этого, в том числе Finery кузниц , пудлинговое печей, Bessemer конвертеров , мартеновских печей , кислородно - конвертерных печах и электродуговых печах . Во всех случаях цель состоит в том, чтобы окислить часть или весь углерод вместе с другими примесями. С другой стороны, для получения легированных сталей могут быть добавлены другие металлы. ^[108]

Приложения

Как конструкционный материал

Железо - наиболее широко используемый из всех металлов, на него приходится более 90% мирового производства металлов. Его низкая стоимость и высокая прочность часто делают его предпочтительным материалом для противодействия нагрузкам или передачи сил, например, для изготовления машин и станков , рельсов , автомобилей , корпусов судов , арматурных стержней и несущих конструкций зданий. . Поскольку чистое железо довольно мягкое, его чаще всего комбинируют с легирующими элементами для получения стали. ^[120]

Механические свойства

Механические свойства железа и его сплавов чрезвычайно важны для их структурного применения. Эти свойства могут быть оценены различными способами, в том числе тест по Бринеллю , в тесте Рокуэлл и испытания твердости по Виккерсу .

Свойства чистого железа часто используются для калибровки измерений или сравнения тестов. ^{[122] [123]} Однако на механические свойства железа в значительной степени влияет чистота образца: чистые монокристаллы железа на самом деле мягче алюминия ^[121], а самое чистое промышленно производимое железо (99,99%) имеет твердость 20–30 Бринелл. ^[124]

Увеличение содержания углерода приведет к значительному увеличению твердости и прочности железа на разрыв. Максимальная твердость 65 R c достигается при содержании углерода 0,6%, хотя сплав имеет низкую прочность на разрыв. ^[125] Из-за мягкости железа с ним намного легче работать, чем с его более тяжелыми конгенерами рутением и осмием . ^[12]

Типы сталей и сплавов

α-Железо - довольно мягкий металл, способный растворять лишь небольшую концентрацию углерода (не более 0,021% по массе при 910 ° C). ^[126] Аустенит (γ-железо) так же мягкий и металлический, но может растворять значительно больше углерода (до 2,04% по массе при 1146 ° C). Эта форма железа используется в нержавеющей стали, используемой для изготовления столовых приборов, а также оборудования для больниц и предприятий общественного питания. ^[16]

Коммерчески доступное железо классифицируется на основе чистоты и количества добавок. Чугун содержит 3,5–4,5% углерода ^[127] и содержит различные количества загрязняющих веществ, таких как сера , кремний и фосфор . Чугун - это не товарный продукт, а скорее промежуточный этап в производстве чугуна и стали. Уменьшение содержания загрязняющих веществ в чугуне, которые негативно влияют на свойства материала, таких как сера и фосфор, дает чугун, содержащий 2–4% углерода, 1–6% кремния и небольшое количество марганца . ^[117] Чугун имеет температуру плавления.в диапазоне 1420–1470 К, что ниже, чем у любого из двух его основных компонентов, и делает его первым продуктом, который плавится при совместном нагревании углерода и железа. ^[6] Его механические свойства сильно различаются и зависят от формы, которую углерод принимает в сплаве. ^[12]

«Белые» чугуны содержат углерод в виде цементита или карбида железа (Fe ₃ C). ^[12] Этот твердый, хрупкий состав доминирует в механических свойствах белого чугуна, делая его твердым, но не устойчивым к ударам. Изломанная поверхность белого чугуна полна мелких граней битого карбида железа, очень бледного, серебристого, блестящего материала, отсюда и название. Медленное охлаждение смеси железа с 0,8% углерода ниже 723 ° C до комнатной температуры приводит к образованию отдельных чередующихся слоев цементита и α-железа, которое является мягким и податливым и называется перлитом из- за его внешнего вида. С другой стороны, быстрое охлаждение не оставляет времени для этого разделения и создает твердый и хрупкий мартенсит.. Затем сталь может быть подвергнута отпуску путем повторного нагрева до промежуточной температуры, изменяя пропорции перлита и мартенсита. Конечный продукт с содержанием углерода ниже 0,8% представляет собой смесь перлит-αFe, а продукт с содержанием углерода выше 0,8% представляет собой смесь перлит-цементит. ^[12]

В сером чугуне углерод существует в виде отдельных мелких чешуек графита , а также делает материал хрупким из-за чешуек графита с острыми краями, которые создают участки концентрации напряжений внутри материала. ^[128] Новый вариант серого чугуна, называемый высокопрочным чугуном , специально обрабатывают следовыми количествами магния, чтобы изменить форму графита до сфероидов или конкреций, снижая концентрацию напряжений и значительно увеличивая ударную вязкость и прочность материала. . ^[128]

Кованое железо содержит менее 0,25% углерода, но большое количество шлака придает ему волокнистость. ^[127] Это жесткий, податливый продукт, но не такой плавкий, как чугун. Если заточить до края, он быстро его теряет. Кованое железо характеризуется наличием тонких волокон шлака, заключенных в металле. Кованое железо более устойчиво к коррозии, чем сталь. Его почти полностью заменили на низкоуглеродистую сталь для традиционных изделий из «кованого железа» и кузнечного дела .

Мягкая сталь подвержена коррозии легче, чем кованое железо, но она дешевле и более широко доступна. Углеродистая сталь содержит 2,0% углерода или менее ^[129] с небольшими количествами марганца , серы , фосфора и кремния. Легированные стали содержат различное количество углерода, а также других металлов, таких как хром , ванадий , молибден , никель, вольфрам и т. Д. Содержание в них сплава увеличивает их стоимость, и поэтому они обычно используются только для специальных целей. Однако одна из распространенных легированных сталей - это нержавеющая сталь.. Недавние разработки в черной металлургии привели к производству все большего количества микролегированных сталей, также называемых HSLA , или высокопрочных низколегированных сталей, содержащих крошечные добавки, обеспечивающие высокую прочность и часто впечатляющую ударную вязкость при минимальных затратах. ^{[129] [130] [131]}

Помимо традиционных применений, железо также используется для защиты от ионизирующего излучения. Хотя он легче другого традиционного защитного материала, свинца , механически он намного прочнее. Ослабление излучения как функция энергии показано на графике. ^[132]

Основным недостатком чугуна и стали является то, что чистое железо и большинство его сплавов сильно страдают от ржавчины, если не защищены каким-либо образом, что составляет более 1% мировой экономики. ^[133] Покраска , гальванизация , пассивация , пластиковое покрытие и воронение - все это используется для защиты железа от ржавчины за счет исключения воды и кислорода или катодной защиты . Механизм ржавления железа следующий: ^[133]

Катод: 3 O ₂ + 6 H ₂ O + 12 e ^- → 12 OH ^-

Анод: 4 Fe → 4 Fe ²⁺ + 8 e ^- ; 4 Fe ²⁺ → 4 Fe ³⁺ + 4 e ^-

Всего: 4 Fe + 3 O ₂ + 6 H ₂ O → 4 Fe ³⁺ + 12 OH ^- → 4 Fe (OH) ₃ или 4 FeO (OH) + 4 H ₂ O

Электролит обычно представляет собой сульфат железа (II) в городских районах (образуется, когда атмосферный диоксид серы атакует железо) и частицы соли в атмосфере в прибрежных районах. ^[133]

Соединения железа

Хотя в основном железо используется в металлургии, соединения железа широко распространены и в промышленности. Железные катализаторы традиционно используются в процессе Габера-Боша для производства аммиака и в процессе Фишера-Тропша для превращения моноксида углерода в углеводороды для топлива и смазочных материалов. ^[134] Порошок железо в кислом растворителе , было использовано в сокращении Бешана сокращение от нитробензола до анилина . ^[135]

Оксид железа (III), смешанный с алюминиевым порошком, может воспламениться для создания термитной реакции , используемой при сварке больших железных деталей (например, рельсов ) и очистке руды. Оксид железа (III) и оксигидроксид используются как красноватые и охристые пигменты .

Железо (III) хлорид , может быть использована в области очистки воды и очистки сточных вод , в крашения ткани, в качестве окрашивающего агента в красках, в качестве добавки в корм для животных, а также в качестве травителя для меди в производстве печатных плат . ^[136] Его также можно растворить в спирте с образованием настойки железа, которая используется как лекарство от кровотечения у канареек . ^[137]

Сульфат железа (II) используется как предшественник других соединений железа. Он также используется для уменьшения содержания хромата в цементе. Он используется для обогащения продуктов питания и лечения железодефицитной анемии . Сульфат железа (III) используется для осаждения мельчайших частиц сточных вод в баковой воде. Хлорид железа (II) используется как восстанавливающий флокулянт, при образовании комплексов железа и магнитных оксидов железа, а также как восстановитель в органическом синтезе. ^[136]

Биологическая и патологическая роль

Железо необходимо для жизни. ^{[5] [138] [139]} железо-сера кластеры широко распространена и включают нитрогеназные , ферменты , ответственные за биологическую фиксацию азота . Железосодержащие белки участвуют в транспортировке, хранении и использовании кислорода. ^[5] Белки железа участвуют в переносе электронов . ^[140]

Примеры железосодержащих белков у высших организмов включают гемоглобин, цитохром (см. Высокомалентное железо ) и каталазу . ^{[5] [141]} Средний взрослый человек содержит около 0,005% веса тела железа, или около четырех граммов, из которых три четверти находится в гемоглобине - уровень, который остается постоянным, несмотря на то, что каждый день усваивается только около одного миллиграмма железа, ^{[ 140],} потому что человеческое тело перерабатывает гемоглобин для содержания железа. ^[142]

Росту микробов может способствовать окисление железа (II) или восстановление железа (III). ^[143]

Биохимия

Приобретение железа представляет собой проблему для аэробных организмов, поскольку трехвалентное железо плохо растворяется вблизи нейтрального pH. Таким образом, эти организмы разработали средства для поглощения железа в виде комплексов, иногда поглощая двухвалентное железо перед тем, как окислить его обратно до трехвалентного железа. ^[5] В частности, бактерии создали изолирующие агенты с очень высоким сродством , называемые сидерофорами . ^{[144] [145] [146]}

После поглощения человеческими клетками хранение железа точно регулируется. ^{[5] [147]} Основным компонентом этой регуляции является белок трансферрин , который связывает ионы железа, абсорбированные из двенадцатиперстной кишки, и переносит его с кровью в клетки. ^{[5] [148]} Трансферрин содержит Fe ³⁺ в середине искаженного октаэдра, связанный с одним азотом, тремя атомами кислорода и хелатирующим карбонатным анионом, который захватывает ион Fe ³⁺ : он имеет такую ​​высокую константу стабильности, что очень эффективно поглощает Fe ³⁺ионы даже из самых стабильных комплексов. В костном мозге трансферрин восстанавливается с Fe ³⁺ и Fe ²⁺ и сохраняется в виде ферритина для включения в гемоглобин. ^[140]

Наиболее известными и изученными биоинорганическими соединениями железа (биологическими молекулами железа) являются гемовые белки : примерами являются гемоглобин , миоглобин и цитохром P450 . ^[5] Эти соединения участвуют в транспортировке газов, построении ферментов и переносе электронов . ^[140] Металлопротеины - это группа белков с кофакторами ионов металлов . Некоторые примеры металлопротеинов железа - ферритин и рубредоксин . ^[140] Многие жизненно важные ферменты содержат железо, например каталаза., ^[149] липоксигеназы , ^[150] и IRE-BP . ^[151]

Гемоглобин - переносчик кислорода, который присутствует в красных кровяных тельцах и придает их цвету, транспортируя кислород по артериям от легких к мышцам, где он передается миоглобину , который сохраняет его до тех пор, пока он не понадобится для метаболического окисления глюкозы , генерируя энергию . ^[5] Здесь гемоглобин связывается с углекислым газом , образующимся при окислении глюкозы, который транспортируется по венам гемоглобином (преимущественно в виде анионов бикарбоната ) обратно в легкие, где он выдыхается. ^[140] В гемоглобине железо находится в одном из четырех гемов.групп и имеет шесть возможных координационных площадок; четыре заняты атомами азота в порфириновом кольце, пятое - имидазольным азотом в остатке гистидина одной из белковых цепей, присоединенной к гемовой группе, а шестой зарезервирован для молекулы кислорода, с которой он может обратимо связываться. ^[140] Когда гемоглобин не присоединен к кислороду (и затем называется дезоксигемоглобином), ион Fe ²⁺ в центре гемовой группы (внутри гидрофобного белка) находится в высокоспиновой конфигурации. Таким образом, он слишком велик, чтобы поместиться внутри порфиринового кольца, которое вместо этого изгибается в купол с Fe ^2+.ion примерно на 55 пикометров выше. В этой конфигурации шестой координационный центр, зарезервированный для кислорода, заблокирован другим остатком гистидина. ^[140]

Когда дезоксигемоглобин захватывает молекулу кислорода, этот остаток гистидина удаляется и возвращается, как только кислород надежно присоединяется, чтобы образовать с ним водородную связь . Это приводит к переключению иона Fe ²⁺ в низкоспиновую конфигурацию, что приводит к уменьшению ионного радиуса на 20%, так что теперь он может помещаться в порфириновое кольцо, которое становится плоским. ^[140] (Кроме того, эта водородная связь приводит к наклону молекулы кислорода, что приводит к валентному углу Fe – O – O около 120 °, что позволяет избежать образования мостиков Fe – O – Fe или Fe – O ₂ –Fe. что привело бы к переносу электрона, окислению Fe ²⁺ до Fe ³⁺(и разрушение гемоглобина). Это приводит к перемещению всех белковых цепей, что приводит к изменению формы других субъединиц гемоглобина на форму с большим сродством к кислороду. Таким образом, когда дезоксигемоглобин поглощает кислород, его сродство к большему количеству кислорода увеличивается, и наоборот. ^[140] Миоглобин, с другой стороны, содержит только одну гемовую группу, и, следовательно, этот кооперативный эффект не может возникнуть. Таким образом, хотя гемоглобин почти насыщен кислородом при высоких парциальных давлениях кислорода в легких, его сродство к кислороду намного ниже, чем у миоглобина, который насыщает кислородом даже при низких парциальных давлениях кислорода в мышечной ткани. ^[140] Согласно описанию эффекта Бора (названного в честь Кристиана Бора , отцаНильс Бор ), кислородное сродство гемоглобина уменьшается в присутствии диоксида углерода. ^[140]

Окись углерода и трифторид фосфора ядовиты для человека, потому что они связываются с гемоглобином так же, как кислород, но с гораздо большей силой, так что кислород больше не может транспортироваться по телу. Гемоглобин, связанный с оксидом углерода, известен как карбоксигемоглобин . Этот эффект также играет второстепенную роль в токсичности цианида , но главный эффект заключается в его вмешательстве в правильное функционирование белка-транспортера электронов цитохрома a. ^[140] Белки цитохрома также включают гемовые группы и участвуют в метаболическом окислении глюкозы кислородом. Шестой координационный сайт затем занят либо другим имидазольным азотом, либо метионином.серы, так что эти белки в значительной степени инертны по отношению к кислороду - за исключением цитохрома а, который непосредственно связывается с кислородом и поэтому очень легко отравляется цианидом. ^[140] Здесь перенос электрона происходит, когда железо остается в низком спине, но изменяется между состояниями окисления +2 и +3. Поскольку потенциал восстановления на каждом этапе немного больше, чем на предыдущем, энергия высвобождается постепенно и, таким образом, может храниться в аденозинтрифосфате . Цитохром а немного отличается, так как он находится на митохондриальной мембране, непосредственно связывается с кислородом и транспортирует протоны, а также электроны, как показано ниже: ^[140]

4 Cytc ²⁺ + O ₂ + 8H⁺
_внутри→ 4 Cytc ³⁺ + 2 H ₂ O + 4H⁺
_{снаружи}

Хотя гемовые белки являются наиболее важным классом железосодержащих белков, белки железо-сера также очень важны, поскольку участвуют в переносе электронов, что возможно, поскольку железо может стабильно существовать в состояниях окисления +2 или +3. Они имеют один, два, четыре или восемь атомов железа, каждый из которых приблизительно тетраэдрически координирован с четырьмя атомами серы; из-за этой тетраэдрической координации в них всегда есть высокоспиновое железо. Самым простым из таких соединений является рубредоксин , который имеет только один атом железа, координированный с четырьмя атомами серы от остатков цистеина в окружающих пептидных цепях. Другой важный класс железо-серных белков - это ферредоксины., которые имеют несколько атомов железа. Трансферрин не принадлежит ни к одному из этих классов. ^[140]

Способности морских мидий удерживать хватку на камнях в океане облегчает использование металлорганических связей на основе железа в их богатых белком кутикулах . Основываясь на синтетических аналогах, присутствие железа в этих структурах увеличило модуль упругости в 770 раз, предел прочности на разрыв в 58 раз и вязкость в 92 раза. Количество стресса, необходимого для их необратимого повреждения, увеличилось в 76 раз. ^[153]

Питание

Рацион питания

Железо широко распространено, но особенно богатые источники пищевого железа включают красное мясо , устрицы , чечевицу , фасоль , птицу , рыбу , листовые овощи , кресс-салат , тофу , нут , черноглазый горох и патоку . ^[5] Хлеб и хлопья для завтрака иногда специально обогащены железом. ^{[5] [154]}

Железо, содержащееся в пищевых добавках , часто встречается в виде фумарата железа (II) , хотя сульфат железа (II) дешевле и так же хорошо усваивается. ^[136] Элементарное железо, или восстановленное железо, несмотря на то, что абсорбируется на уровне от одной трети до двух третей эффективности (по сравнению с сульфатом железа), ^[155] часто добавляется в такие продукты, как сухие завтраки или обогащенная пшеничная мука. Железо наиболее доступно для организма в хелатном соединении с аминокислотами ^[156], а также доступно для использования в качестве обычной добавки железа . Глицин , наименее дорогая аминокислота, чаще всего используется для производства добавок глицината железа. ^[157]

Диетические рекомендации

Институт медицины США (IOM) обновил расчетные средние потребности (EAR) и рекомендуемые диетические нормы (RDA) для железа в 2001 году. ^[5] Текущий EAR для железа для женщин в возрасте 14–18 лет составляет 7,9 мг / день, 8,1 для всех возрастов. 19–50 и 5,0 после этого (после менопаузы). Для мужчин EAR составляет 6,0 мг / день в возрасте от 19 лет и старше. Рекомендуемая суточная норма составляет 15,0 мг / день для женщин в возрасте 15–18 лет, 18,0 мг для 19–50 лет и 8,0 в последующие годы. Для мужчин: 8,0 мг / день в возрасте от 19 лет и старше. RDA выше, чем EAR, чтобы определить суммы, которые покроют людей с потребностями выше среднего. Рекомендуемая суточная суточная норма для беременности составляет 27 мг / день, а при кормлении грудью - 9 мг / день. ^[5] Для детей в возрасте 1-3 лет - 7 мг / день, 10 - в возрасте 4-8 лет и 8 - в возрасте 9-13 лет. Что касается безопасности, IOM также устанавливает допустимые верхние уровни потребления.(UL) для витаминов и минералов, когда доказательств достаточно. В случае железа верхний предел установлен на уровне 45 мг / день. В совокупности EAR, RDA и UL называются рекомендуемыми диетическими потребностями . ^[158]

Европейский орган по безопасности пищевых продуктов (EFSA) относится к коллективному набору информации , как диетическое эталонных значений, с справочном населения Intake (PRI) вместо АРР, и средняя потребность вместо EAR. AI и UL определены так же, как в США. Для женщин в возрасте 15-17 лет PRI составляет 13 мг / день, для женщин в возрасте 18 лет и старше в пременопаузе и 11 мг / день в постменопаузе - 16 мг / день. При беременности и кормлении грудью - 16 мг / сут. Для мужчин PRI составляет 11 мг / день в возрасте от 15 лет и старше. Для детей в возрасте от 1 до 14 лет PRI увеличивается с 7 до 11 мг / день. PRI выше, чем RDA в США, за исключением беременности. ^[159] EFSA рассмотрело тот же вопрос безопасности, не установив UL. ^[160]

Младенцам могут потребоваться добавки железа, если они получают коровье молоко из бутылочки. ^[161] Частые доноры крови подвержены риску низкого уровня железа, и им часто советуют увеличивать потребление железа. ^[162]

Для целей маркировки пищевых продуктов и пищевых добавок в США количество в порции выражается в процентах от дневной нормы (% DV). Для целей маркировки железа 100% дневной нормы составляло 18 мг, а по состоянию на 27 мая 2016 г. ^{[Обновить]}оставалось неизменным на уровне 18 мг. ^{[163] [164]} Соответствие обновленным правилам маркировки требовалось к 1 января 2020 года для производителей с годовым объемом продаж продуктов питания 10 миллионов долларов США и более и к 1 января 2021 года для производителей с годовым объемом продаж продуктов питания менее 10 миллионов долларов США. ^{[165] [166] [167]}В течение первых шести месяцев после даты соответствия 1 января 2020 года FDA планирует сотрудничать с производителями, чтобы соответствовать новым требованиям к этикеткам Nutrition Facts, и не будет сосредоточиваться на принудительных мерах в отношении этих требований в течение этого времени. ^[165] Таблица старых и новых суточных значений для взрослых приведена в Справочном дневном потреблении .

Дефицит

Дефицит железа - самый распространенный дефицит питания в мире. ^{[5] [168] [169] [170]} Когда потеря железа не компенсируется адекватным потреблением железа с пищей, возникает состояние скрытого дефицита железа , которое со временем приводит к железодефицитной анемии, если ее не лечить, что характеризуется недостаточным количеством эритроцитов и недостаточным количеством гемоглобина. ^[171] Дети в пременопаузеНаиболее подвержены заболеванию женщины (женщины детородного возраста) и люди с плохим питанием. В большинстве случаев железодефицитная анемия протекает в легкой форме, но без лечения может вызвать такие проблемы, как быстрое или нерегулярное сердцебиение, осложнения во время беременности и задержку роста у младенцев и детей. ^[172]

Избыток

Поглощение железа строго регулируется человеческим организмом, в котором нет регулируемых физиологических средств выделения железа. Ежедневно теряется лишь небольшое количество железа из-за слущивания эпителиальных клеток слизистых оболочек и кожи, поэтому контроль уровня железа в первую очередь достигается за счет регулирования поглощения. ^{[173] У} некоторых людей регуляция поглощения железа нарушена в результате генетического дефекта, который отображается в области гена HLA-H на хромосоме 6 и приводит к аномально низким уровням гепсидина , ключевого регулятора поступления железа в организм. кровеносная система у млекопитающих. ^[174] У этих людей чрезмерное потребление железа может привести к нарушениям , связанным с перегрузкой железом , известным с медицинской точки зрения как гемохроматоз.. ^[5] Многие люди имеют недиагностированную генетическую предрасположенность к перегрузке железом и не знают семейного анамнеза этой проблемы. По этой причине людям не следует принимать добавки железа, если они не страдают дефицитом железа и не проконсультировались с врачом. Гемохроматоз считается причиной от 0,3 до 0,8% всех болезней обмена веществ у кавказцев. ^[175]

Передозировка проглоченного железа может вызвать чрезмерный уровень свободного железа в крови. Высокий уровень свободного двухвалентного железа в крови вступает в реакцию с пероксидами с образованием высокоактивных свободных радикалов, которые могут повредить ДНК , белки , липиды и другие клеточные компоненты. Токсичность железом возникает, когда клетка содержит свободное железо, что обычно возникает, когда уровни железа превышают доступность трансферрина для связывания железа. Повреждение клеток желудочно-кишечного тракта также может помешать им регулировать абсорбцию железа, что приведет к дальнейшему повышению уровня в крови. Железо обычно повреждает клетки сердца , печени.и в других местах, вызывая побочные эффекты, включая кому , метаболический ацидоз , шок , печеночную недостаточность , коагулопатию , респираторный дистресс-синдром у взрослых , долгосрочное повреждение органов и даже смерть. ^[176] Люди испытывают отравление железом, когда содержание железа превышает 20 миллиграммов на каждый килограмм массы тела; 60 миллиграммов на килограмм считаются смертельной дозой . ^[177] Чрезмерное потребление железа, часто возникающее в результате употребления детьми большого количества таблеток сульфата железа, предназначенных для употребления взрослыми, является одной из наиболее распространенных токсикологических причин смерти детей в возрасте до шести лет.^[177] Диетические номер всасывания (DRI) устанавливает верхний допустимый уровень всасывания (UL) для взрослых при 45 мг / сут. Для детей до четырнадцати лет UL составляет 40 мг / день. ^[178]

Медицинское лечение отравления железом является сложным и может включать использование специфического хелатирующего агента, называемого дефероксамином, для связывания и вывода избыточного железа из организма. ^{[176] [179] [180]}

Рак

Роль железа в защите от рака может быть описана как «палка о двух концах» из-за его повсеместного присутствия в непатологических процессах. ^{[181] У} людей, проходящих химиотерапию, может развиться дефицит железа и анемия , при которых внутривенная терапия железом используется для восстановления уровня железа. ^[182] Перегрузка железом, которая может возникнуть из-за большого потребления красного мяса ^[5], может инициировать рост опухоли и повысить предрасположенность к развитию рака, ^[182] особенно при колоректальном раке . ^[5]

Морские системы

Железо играет важную роль в морских системах и может служить ограничивающим питательным веществом для планктонной активности. ^[183] Из-за этого слишком сильное снижение содержания железа может привести к снижению темпов роста фитопланктонных организмов, таких как диатомовые водоросли. ^[184] Железо также может окисляться морскими микробами в условиях с высоким содержанием железа и низким содержанием кислорода. ^[185]

Железо может попадать в морские системы через прилегающие реки и прямо из атмосферы. Как только железо попадает в океан, оно может быть распределено по толщине воды за счет перемешивания океана и повторного использования на клеточном уровне. ^[186] В Арктике морской лед играет важную роль в хранении и распределении железа в океане, истощая океаническое железо, когда оно замерзает зимой, и высвобождая его обратно в воду, когда летом происходит таяние. ^[187] Круговорот железа может колебать формы железа от водных к формам частиц, изменяя доступность железа для первичных производителей. ^[188] Повышенное освещение и тепло увеличивает количество железа в формах, пригодных для первичных производителей. ^[189]

Смотрите также

• Эль-Мутун в Боливии, где находится 10% доступной в мире железной руды.
• Наночастица железа
• Железо-платиновые наночастицы
• Удобрение железом - предлагаемое удобрение океанов для стимуляции роста фитопланктона.
• Железоокисляющие бактерии
• Список стран по производству чугуна
• Пеллетирование - процесс создания железорудных окатышей.
• Нержавеющее железо
• Стали
• Железный цикл

Рекомендации

Библиография

дальнейшее чтение

внешняя ссылка

Поищите железо в Викисловаре, бесплатном словаре.

Викискладе есть медиафайлы по теме железа .

В Wikisource есть текст статьи " Iron " из Новой Международной энциклопедии 1905 года .

• Это элементаль - железо
• Железо в Периодической таблице видео (Ноттингемский университет)
• Металлургия для неметаллургов
• Утюг JB Calvert