铁

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[外文]：iron一种化学元素，化学符号Fe，原子序数26，原子量55.847，属周期系Ⅷ族，是铁系元素（铁、钴、镍）之一。发现人类最早发现和使用的铁是陨铁（含铁量较高的铁、钴、镍等金属的混合物）。在约公元前1500年左右，埃及和美索不达米亚开始有炼铁业;至公元前1000年左右，铁器才基本上从日常用具中排挤了铜器而占统治地位、中国商代铜钺上就镶铸有铁刃，表明中国在公元前1000多年就熟悉了铁的锻造性能。化学符号Fe来自铁的拉丁文名ferrum。存在铁在地壳中的含量约为5％，占第四位；在金属中仅次于铝，占第二位。地球岩心主要由铁组成，因此在整个地球中铁是丰度最高的元素。在地壳中铁通常以化合物状态存在。含铁的矿物有几百种，主要的有赤铁矿(Fe2O3)、褐铁矿(Fe2O3·3H2O)、磁铁矿(Fe3O4)和菱铁矿(FeCO3)，它们多是容易还原的氧化物矿。其他如黄铁矿(FeS2)、钛铁矿(FeTiO3)和铬铁矿〔Fe(CrO2)2〕则是同时提取铁和硫、钛、铬的矿物。生物体中也含铁，每人平均含铁量为4.5克左右，地下水中也含铁。物理性质铁为银白色的金属；熔点1535℃，沸点2750℃，相对密度7.86；磁化和去磁快；有延展性，是可锻金属中除钴、镍以外最坚韧的，在液态空气的温度下变脆。铁在红热时变软，可锻造和拉长；在白热时可锻接。铁有几种同素异形体；α铁晶体结构为体心立方，在760℃以下稳定，为铁磁体；加热至居里点(770℃)，变成顺磁性的β铁，晶体结构不变；γ铁为立方面心，在910～1390℃稳定；δ铁为立方体心，在1390℃以上稳定。化学性质铁的电子构型为(Ar)3d64s2，氧化态有0、+2、+3、+4、+5、+6。铁的化学性质活泼，为强还原剂，在室温条件下可缓慢地从水中置换出氢，在500℃以上反应速率增高：3Fe+4H2O─→Fe3O4+4H2铁在干燥空气中很难与氧发生作用，但在潮湿空气中很易腐蚀，若含有酸性气或卤素蒸气时，腐蚀更快。铁可从溶液中还原金、铂、银、汞、铋、锡、镍或铜等离子，如：CuSO4+Fe─→FeSO4+Cu铁溶于非氧化性的酸如盐酸和稀硫酸中，形成二价铁离子并放出氢气；在冷的稀硝酸中则形成二价铁离子和硝酸铵：Fe+H2SO4─→FeSO4+H24Fe+10HNO3─→4Fe(NO3)2+NH4NO3+3H2O铁溶于热的或较浓的硝酸中，生成硝酸铁并释放出氮的氧化物。在浓硝酸或冷的浓硫酸中，铁的表面形成一层氧化薄膜而被钝化。铁与氯在加热时反应剧烈。铁也能与硫、磷、硅、碳直接化合。铁与氮不能直接化合，但与氨作用，形成氮化铁Fe2N。铁的最重要的氧化态是＋2和＋3。二价铁离子呈淡绿色，在碱性溶液中易被氧化成三价铁离子。三价铁离子的颜色随水解程度的增大而由黄色经橙色变到棕色。二价和三价铁均易与无机或有机配位体形成稳定的配位化合物，如FeCl嬄、Fe(CN)咶、Fe(CN)忹、Fe(Phen)崯、Fe(C2O4)婩等(Phen为菲罗林)，配位数通常为6。零价铁还可与一氧化碳形成各种羰基铁，如Fe(CO)5、Fe2(CO)9、Fe3(CO)12。羰基铁有挥发性，蒸气剧毒。铁也有＋4、+5、+6价态的化合物，但在水溶液中只有＋6价的。化合物主要有两大类：亚铁Fe(Ⅱ)和正铁Fe(Ⅲ)化合物，亚铁化合物有氧化亚铁、氯化亚铁、硫酸亚铁、氢氧化亚铁等；正铁化合物有三氧化二铁、三氯化铁、硫酸铁、氢氧化铁等。亚铁和正铁离子与氰根都可形成很稳定的配离子Fe(CN)忹和Fe(CN)咶，如在亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6]·3H2O和铁氰化钾K3[Fe(CN)6]中。铁与环戊二烯的化合物二茂铁，是一种具有夹心结构的金属有机化合物。制法由铁矿中提取铁，是将矿石、焦炭和石灰石（助熔剂）在高炉中冶炼，使氧化铁还原成生铁（或铸铁）。所得生铁一般含铁90％～95％，碳3％～4.5％和少量的硅、锰、硫、磷等。生铁是炼钢或熟铁（锻铁）的原料，含碳量在0.2％～1.7％之间的铁合金称为钢，含碳量小于0.2％的为熟铁。生铁在平炉、转炉或电炉中进一步冶炼除去碳、硅、磷等杂质，可得各种组成的钢。铁的化学性质活泼，制取和保持纯铁都很困难。制备的方法有：（1）在压力下将一氧化碳和铁粉加热至180～200℃，得到挥发性的五羰基铁，然后在250℃左右热分解五羰基铁得纯铁；（2）用氢气还原高纯的氧化铁或草酸铁；（3）电解亚铁盐溶液。应用铁是应用最广的重要金属。大部分铁制成钢来应用，钢是含少量碳的铁合金的通称。除碳以外还可添加硫、硅、锰、铬、镍、钒、钼、钨、铌、钛等，来制备各种特殊性能的铁合金。铁也大量用来制造铸铁和锻铁。纯铁可作催化剂和发电机、电动机的铁芯，还原铁粉可用于粉末冶金。铁及其化合物还可制造磁铁和颜料等。参考书目J.C.Bailar，ed.，ComprehensiveInorganicChemistry，Vol.3，Pergamon，Oxford，1973.