Железо и его соединения

Железо (Fe) — металл, относящийся к d-блок элементам, переходным металлам. Обладает серебристо-белым блеском, высокой пластичностью и ковкостью. Плотность железа составляет около 7,87 г/см³, температура плавления — 1538 °C, температура кипения — 2862 °C. В природе встречается в виде руд: гематита (Fe₂O₃), магнетита (Fe₃O₄), сидерита (FeCO₃) и лимонита (FeO(OH)·nH₂O).

Химические свойства железа определяются его способностью изменять степень окисления: +2 и +3. Металл легко реагирует с кислородом и галогенами, образуя оксиды и галогениды, а также вступает в реакции с кислотами, выделяя водород. В присутствии влаги образует ржавчину — гидратированный оксид железа (III), представляющий собой комплексную смесь Fe₂O₃·xH₂O.

Соединения железа с кислородом

Оксид железа (II) — FeO Чёрный или тёмно-зелёный порошок. Реагирует с кислотами с образованием солей Fe²⁺: FeO + 2HCl → FeCl₂ + H₂O. Неустойчив на воздухе, легко окисляется до Fe₂O₃.

Оксид железа (III) — Fe₂O₃ Красно-коричневый порошок. Практически нерастворим в воде, растворим в кислотах с образованием Fe³⁺-солей: Fe₂O₃ + 6HCl → 2FeCl₃ + 3H₂O. Широко используется в металлургии, производстве пигментов и катализаторах.

Магнетит — Fe₃O₄ Смешанный оксид Fe²⁺ и Fe³⁺. Обладает магнитными свойствами, химически активен: Fe₃O₄ + 8HCl → FeCl₂ + 2FeCl₃ + 4H₂O.

Соединения железа с галогенами

Хлориды железа:

FeCl₂ — соломенного цвета, хорошо растворим в воде, образует кристаллогидраты. Используется как восстановитель и реагент в органическом синтезе.
FeCl₃ — коричневый гигроскопичный порошок, образует растворы с кислотными свойствами, применяется в аналитической химии и как коагулянт в водоподготовке.

Бромиды и йодиды образуются аналогично, проявляют сильные окислительно-восстановительные свойства, особенно соединения Fe³⁺.

Соединения железа с серой и углеродом

Сульфиды железа:

FeS — чёрный порошок, образуется при прямой реакции с серой: Fe + S → FeS. Растворяется в кислотах с выделением H₂S.
FeS₂ (пирит) — твёрдое минералоподобное соединение, устойчивое в сухом виде, при нагревании окисляется до SO₂.

Соединения с углеродом:

Карбиды железа (например, Fe₃C, цементит) — важный компонент стали и чугуна, определяющий механические свойства сплавов.

Гидроксиды железа

Гидроксид Fe(OH)₂ — слабый основание, зеленовато-белый осадок, легко окисляется кислородом воздуха до Fe(OH)₃. Гидроксид Fe(OH)₃ — бурый осадок, амфотерное соединение: растворяется в кислотах и щелочах, образуя комплексные соли: Fe(OH)₃ + 3KOH → K₃[Fe(OH)₆].

Соли железа

Соли железа (II) — Fe²⁺:

Характеризуются восстановительными свойствами.
Примеры: сульфат железа (II) FeSO₄·7H₂O — зелёные кристаллы, растворимые в воде, применяются в медицине и химической промышленности.

Соли железа (III) — Fe³⁺:

Хлорид FeCl₃, нитрат Fe(NO₃)₃ — окислительные свойства, активно вступают в реакции комплексообразования.
Образуют характерные комплексные соединения с лигандами: Fe³⁺ + 6CN⁻ → [Fe(CN)₆]³⁻.

Комплексные соединения железа

Железо образует большое количество координационных комплексов с аммиаком, цианидами, хелатными лигандами.

[Fe(CN)₆]³⁻ и [Fe(CN)₆]⁴⁻ — важные железосодержащие комплексы в аналитической химии.
Гексааминжелезо (III) — [Fe(NH₃)₆]³⁺ — устойчивый комплекс с характерным цветом, используется в исследованиях обмена электронов.

Свойства комплексов железа определяются степенью окисления, типом лиганда и геометрией координации (октаэдрическая, тетраэдрическая, ромбическая).

Биологическое значение железа

Железо является жизненно важным микроэлементом. Входит в состав гемоглобина, миоглобина, ферментов окислительно-восстановительного типа (цитохромы, каталаза, пероксидаза). Обеспечивает перенос кислорода и участие в биохимических реакциях. Дефицит железа приводит к анемии, а избыток — к интоксикации, накоплению оксидов в печени и других органах.