Железо, свойства атома, химические и физические свойства

Железо, свойства атома, химические и физические свойства.

 

Fe 26  Железо

55,845(2)      1s2s2p3s3p6 3d6 4s2

 

Железо — элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 26. Расположен в 8-й группе (по старой классификации — побочной подгруппе восьмой группы), четвертом периоде периодической системы.

 

Общие сведения

Свойства атома железа

Химические свойства железа

Физические свойства железа

Кристаллическая решётка железа

Дополнительные сведения

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

 




Общие сведения:

100 Общие сведения  
101 Название Железо
102 Прежнее название
103 Латинское название Ferrum
104 Английское название Iron
105 Символ Fe
106 Атомный номер (номер в таблице) 26
107 Тип Металл
108 Группа Амфотерный, переходный, чёрный металл
109 Открыт Известно с глубокой древности
110 Год открытия до 5000 года до н.э.
111 Внешний вид и пр. Ковкий, вязкий металл серебристо-белого цвета с сероватым оттенком
112 Происхождение Природный материал
113 Модификации
114 Аллотропные модификации 5 аллотропных модификации железа:

— α-железо (феррит) с кубической объемно-центрированной кристаллической решёткой и свойствами ферромагнетика,

— β-железо с кубической объёмно-центрированной кристаллической решёткой, отличающееся от α-железа параметрами кристаллической решётки и свойствами парамагнетика. β-железо служит для обозначения α-железа выше точки Кюри (точка Кюри железа 769 °C),

— γ-железо (аустенит) с кубической гранецентрированной кристаллической решёткой,

— δ-железо с кубической объёмно-центрированной кристаллической решёткой,

— ε-железо с гексагональной плотноупакованной кристаллической решёткой

115 Температура и иные условия перехода аллотропных модификаций друг в друга* — α-железо (феррит) существует при температуре ниже 769 °C и нормальных условиях (точка Кюри железа 769 °C),

— β-железо существует в интервале температур от  769 °C до 917 °C и нормальных условиях,

— γ-железо (аустенит) существует в интервале температур от  917 °C до 1394 °C и нормальных условиях,

— δ-железо существует при температуре выше 1394 °C и нормальных условиях,

— ε-железо существует при давлении более 13 ГПа и нормальных условиях

116 Конденсат Бозе-Эйнштейна
117 Двумерные материалы
118 Содержание в атмосфере и воздухе (по массе) 0 %
119 Содержание в земной коре (по массе) 6,3 %
120 Содержание в морях и океанах (по массе) 3,0·10-7 %
121 Содержание во Вселенной и космосе (по массе) 0,11 %
122 Содержание в Солнце (по массе) 0,1 %
123 Содержание в метеоритах (по массе) 0,22 %
124 Содержание в организме человека (по массе) 0,006 %

 

Свойства атома железа:

200 Свойства атома  
201 Атомная масса (молярная масса) 55,845(2) а.е.м. (г/моль)
202 Электронная конфигурация 1s2 2s2p3s3p6 3d6 4s2
203 Электронная оболочка K2 L8 M14 N2 O0 P0 Q0 R0

 

Электронная оболочка железа

204 Радиус атома (вычисленный) 156 пм
205 Эмпирический радиус атома* 140 пм
206 Ковалентный радиус* 123 пм – low-spin,

152 пм – high-spin

207 Радиус иона (кристаллический) Fe2+ low spin

75 (6) пм,

Fe3+ low spin

69 (6) пм,

Fe4+ low spin

72,5 (6) пм,

Fe6+ low spin

39 (4) пм,

Fe2+ high spin

92 (6) пм,

Fe3+ high spin

78,5 (6) пм

(в скобках указано координационное число – характеристика, которая определяет число ближайших частиц (ионов или атомов) в молекуле или кристалле)

208 Радиус Ван-дер-Ваальса
209 Электроны, Протоны, Нейтроны 26 электронов, 26 протонов, 30 нейтронов
210 Семейство (блок) элемент d-семейства
211 Период в периодической таблице 4
212 Группа в периодической таблице 8-ая группа (по старой классификации – побочная подгруппа 8-ой группы)
213 Эмиссионный спектр излучения Спектр_Железа

 

Химические свойства железа:

300 Химические свойства  
301 Степени окисления -4, -2, -1, 0, +1, +2 , +3 , +4, +5, +6 , +7
302 Валентность II, III
303 Электроотрицательность 1,83 (шкала Полинга)
304 Энергия ионизации (первый электрон) 762,47 кДж/моль (7,9024681(12) эВ)
305 Электродный потенциал Fe2+ + 2e → Fe, Eo = -0,440 В,

Fe3+ + e → Fe2+, Eo = +0,771,

Fe3+ + 3e → Fe, Eo = -0,037 В

306 Энергия сродства атома к электрону 14,785(4) кДж/моль (0,153236(35) эВ)

 

Физические свойства железа:

400 Физические свойства
401 Плотность 7,874 г/см3 (при 0 °C/20 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – твердое тело),

6,98 г/см3 (при температуре плавления 1538 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость),

6,9 г/см3 (при 1589 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость)

402 Температура плавления* 1538 °C (1811 K, 2800 °F)
403 Температура кипения* 2861 °C (3134 K, 5182 °F)
404 Температура сублимации
405 Температура разложения
406 Температура самовоспламенения смеси газа с воздухом
407 Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл)* 13,81 кДж/моль
408 Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип)* 340 кДж/моль
409 Удельная теплоемкость при постоянном давлении 0,448 Дж/г·K (при 25 °C),
0,64 Дж/г·K (при 0-1000 °C)
410 Молярная теплоёмкость* 25,10 Дж/(K·моль)
411 Молярный объём 7,0923 см³/моль
412 Теплопроводность 80,4 Вт/(м·К) (при стандартных условиях),

80,4 Вт/(м·К) (при 300 K)

413 Коэффициент теплового расширения 11,8 мкм/(М·К) (при 25 °С)
414 Коэффициент температуропроводности
415 Критическая температура
416 Критическое давление
417 Критическая плотность
418 Тройная точка
419 Давление паров (мм.рт.ст.) 0,01 мм.рт.ст.  (при 1425 °C),
0,1 мм.рт.ст.  (при 1586 °C),
1 мм.рт.ст.  (при 1790 °C),
10 мм.рт.ст.  (при 2045 °C),
100 мм.рт.ст.  (при 2376 °C)
420 Давление паров (Па) 1 Па (при 1728 K),

10 Па (при 1890 K),

100 Па (при 2091 K),

1 кПа (при 2346 K),

10 кПа (при 2679 K),

100 кПа (при 3132 K)

421 Стандартная энтальпия образования ΔH

 

0 кДж/моль (при 298 К, для состояния вещества – твердое тело)
422 Стандартная энергия Гиббса образования ΔG 0 кДж/моль (при 298 К, для состояния вещества – твердое тело)
423 Стандартная энтропия вещества S 27,15 Дж/(моль·K) (при 298 К, для состояния вещества – твердое тело)
424 Стандартная мольная теплоемкость Cp 25 Дж/(моль·K) (при 298 К, для состояния вещества – твердое тело)
425 Энтальпия диссоциации ΔHдисс 
426 Диэлектрическая проницаемость
427 Магнитный тип Ферромагнитный материал (ниже 769 °C),

парамагнитный материал (выше 769 °C)

428 Точка Кюри* 769 °C (1042,15 К, 1416,2 °F)
429 Объемная магнитная восприимчивость
430 Удельная магнитная восприимчивость
431 Молярная магнитная восприимчивость
432 Электрический тип Проводник
433 Электропроводность в твердой фазе 10,0·106 См/м
434 Удельное электрическое сопротивление 96,1 нОм·м (при 20 °C)
435 Сверхпроводимость при температуре
436 Критическое магнитное поле разрушения сверхпроводимости
437 Запрещенная зона
438 Концентрация носителей заряда
439 Твёрдость по Моосу 4,0
440 Твёрдость по Бринеллю 200-1180 МПа
441 Твёрдость по Виккерсу 608 МПа
442 Скорость звука 5120 м/с (при 20 °C) (тонкий стержень)
443 Поверхностное натяжение
444 Динамическая вязкость газов и жидкостей
445 Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом, % объёмных
446 Взрывоопасные концентрации смеси газа с кислородом, % объёмных
446 Предел прочности на растяжение
447 Предел текучести
448 Предел удлинения
449 Модуль Юнга 211 ГПа
450 Модуль сдвига 82 ГПа
451 Объемный модуль упругости 170 ГПа
452 Коэффициент Пуассона 0,29
453 Коэффициент преломления

 

Кристаллическая решётка железа:

500 Кристаллическая решётка
511 Кристаллическая решётка #1 α-железо (феррит)
512 Структура решётки Кубическая объёмно-центрированная

 

Кристаллическая решетка железа

513 Параметры решётки 2,866 Å
514 Отношение c/a
515 Температура Дебая 460 K
516 Название пространственной группы симметрии Im_ 3m
517 Номер пространственной группы симметрии 229
521 Кристаллическая решётка #2 γ-железо (аустенит)
522 Структура решётки Кубическая гранецентрированная

 

Кристаллическая решетка железа_гамма

523 Параметры решётки 3,656 Å
524 Отношение c/a
525 Температура Дебая
526 Название пространственной группы симметрии Fm_ 3m
527 Номер пространственной группы симметрии 225
531 Кристаллическая решётка #3 δ-железо
532 Структура решётки Кубическая объёмно-центрированная

 

Кристаллическая решетка железа

533 Параметры решётки 2,93 Å
534 Отношение c/a
535 Температура Дебая
536 Название пространственной группы симметрии Im_ 3m
537 Номер пространственной группы симметрии 229

 

Дополнительные сведения:

900 Дополнительные сведения
901 Номер CAS 7439-89-6

 

Примечание:

115* Температура и иные условия перехода аллотропных модификаций железа друг в друга согласно [1]:

— α-железо (феррит) существует при температуре ниже 770 °C и нормальных условиях (точка Кюри железа согласно [1] 770 °C),

— β-железо существует в интервале температур от  770 °C до 912 °C и нормальных условиях,

— γ-железо (аустенит) существует в интервале температур от  912 °C до 1394 °C и нормальных условиях,

— δ-железо существует при температуре выше 1394 °C и нормальных условиях,

— ε-железо существует при температуре несколько сотен °C и давлении более 10 ГПа либо при более высоком давлении и нормальных условиях.

205* Эмпирический радиус атома железа согласно [1] и [3] составляет 126 пм.

206* Ковалентный радиус железа согласно [1] составляет 132±3 пм (low-spin) и 152±6 пм (high-spin), ковалентный радиус железа согласно [3] [Россия] составляет 117 пм.

402* Температура плавления железа согласно [3] и [4] составляет 1538,85 °C (1812 К, 2801,93 °F) и 1539 °C (1812,15 К, 2802,2 °F) соответственно.

403* Температура кипения железа согласно [4] составляет 2870 °C (3143,15 К, 5198 °F).

407* Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл) железа согласно [3] и [4] составляет 13,8 кДж/моль.

408* Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип) железа согласно [4]  составляет 350 кДж/моль.

410* Молярная теплоемкость железа согласно [3] составляет 25,14 Дж/(K·моль).

428* Точка Кюри железа согласно [1] составляет 770 °C (1043 K, 1418 °F).

 

Источники:

  1. https://en.wikipedia.org/wiki/Iron
  2. https://de.wikipedia.org
  3. https://ru.wikipedia.org/wiki/Железо
  4. http://chemister.ru/Database/properties.php?dbid=1&id=236

 

[know]

 

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева