26 Fe 55.845

Железо

Переходный металл Ferrum твёрдое

[Ar] 3d⁶ 4s² · 2 · 8 · 14 · 2

← Mn Марганец Co Кобальт →

Металл, давший имя целой эпохе и составляющий ядро нашей планеты. Железо — самый дешёвый и самый массовый конструкционный материал в истории, и оно же переносит кислород в крови каждого позвоночного.

3D-модель

Модель Бора: ядро и электронные оболочки по конфигурации. Валентные электроны подсвечены.

Тяните, чтобы вращать; колесо — масштаб

Атомные свойства

Атомный номер: 26
Атомная масса: 55.845 а.е.м.
Электронная конфигурация: [Ar] 3d⁶ 4s²
Электроны по оболочкам: 2 · 8 · 14 · 2
Блок: d-блок
Группа: Подгруппа железа
Период: 4
Электроотрицательность (Полинг): 1.83
Электроотрицательность (Аллен): 1.8
Атомный радиус: 156 pm
Ковалентный радиус: 132 pm
Ван-дер-ваальсов радиус: 194 pm
1-я энергия ионизации: 762.5 kJ/mol
2-я энергия ионизации: 1 561.9 kJ/mol
3-я энергия ионизации: 2 957 kJ/mol
4-я энергия ионизации: 5 290 kJ/mol
5-я энергия ионизации: 7 240 kJ/mol
Сродство к электрону: 15.7 kJ/mol
Характерные степени окисления: +2, +3
Степени окисления: -4, -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7

Физические свойства

Состояние при 25 °C: твёрдое
Плотность: 7.874 g/cm³
Температура плавления: 1 811 K · 1 537.9 °C
Температура кипения: 3 134 K · 2 860.9 °C
Скорость звука: 5 120 m/s

Тепловые свойства

Теплота плавления: 13.81 kJ/mol
Теплота испарения: 340 kJ/mol
Удельная теплоёмкость: 0.449 J/(g·K)
Теплопроводность: 80.4 W/(m·K)

Механические свойства

Модуль Юнга: 211 GPa
Модуль сдвига: 82 GPa
Модуль объёмного сжатия: 170 GPa
Коэффициент Пуассона: 0.29
Твёрдость по Моосу: 4
Твёрдость по Бринеллю: 490 MPa

Электрические и магнитные свойства

Удельное сопротивление: 96.1 nΩ·m
Магнитный тип: ферромагнетик
Точка Кюри: 1 043 K
Точка Нееля: нет данных
Температура сверхпроводимости: нет данных

Кристаллическая структура

Кристаллическая решётка: объёмноцентрированная кубическая (ОЦК)
Параметры решётки: a = 286.65 pm

Распространённость

В земной коре: 56 300 mg/kg
В океане: 0.002 mg/L
Во Вселенной: 1.1·10⁶ mg/kg
В теле человека: 60 mg/kg

Изотопы

Изотоп	Распространённость	Период полураспада	Тип распада
⁵⁴Fe	5.845 %	стабилен	—
⁵⁶Fe	91.754 %	стабилен	—
⁵⁷Fe	2.119 %	стабилен	—
⁵⁸Fe	0.282 %	стабилен	—
⁶⁰Fe	—	2.6 млн лет	β−

Железо-56 имеет наибольшую энергию связи на нуклон среди всех ядер: дальше него ни синтез, ни деление не выделяют энергию, поэтому железом заканчивается горение звёздных недр.

Открытие

Год открытия: известно с древности
Кто открыл: известно с древности
Где: нет данных
Происхождение названия: латинское ferrum; русское «железо» — общеславянское, родственное литовскому geležis

История

Первое железо, которым пользовался человек, было метеоритным: египтяне называли его «небесным металлом». Выплавка из руды началась около 1200 года до н. э. в Анатолии и за несколько веков вытеснила бронзу — не потому, что железо лучше, а потому, что руды его несравнимо больше.

Где встречается

Четвёртый элемент коры, 5,6 %, и первый по массе во всей Земле, если считать ядро. Основные руды — гематит и магнетит; крупнейшие месторождения образовались 2,4 млрд лет назад, когда появившийся кислород осадил растворённое в океане железо.

Как получают

Доменный процесс: руда, кокс и известняк дают чугун, который затем продувают кислородом в конвертере, выжигая избыток углерода. Прямое восстановление водородом — путь к безуглеродной металлургии.

Роль в живой природе

Гемоглобин: один атом железа в геме связывает одну молекулу кислорода, и четыре гема на молекулу белка переносят кислород от лёгких к тканям. Дефицит железа — самая распространённая пищевая недостаточность в мире.

Безопасность

Само железо безвредно, но острое отравление препаратами железа — одна из частых причин детских отравлений. Наследственный гемохроматоз приводит к накоплению железа и поражению печени и сердца.

Применение

Сталь: свыше 95 % всего производимого металла в мире по массе
Чугун для литья и станин
Магнитные сердечники трансформаторов и электродвигателей
Катализатор синтеза аммиака по Габеру — Бошу
Пигменты: охра, сурик, железный сурик

Любопытные факты

Ядро железа-56 — «дно» энергетической кривой: именно поэтому массивные звёзды взрываются, дойдя до железа.
Точка Кюри железа 1043 K: выше неё магнит перестаёт быть магнитом.
Кровь красная, а гемолимфа моллюсков голубая, потому что у них кислород переносит медь, а не железо.
Метеоритное железо использовалось за две тысячи лет до начала выплавки: кинжал из гробницы Тутанхамона сделан именно из него.
Магнитное поле Земли создаётся конвекцией жидкого железа во внешнем ядре.