Железо, свойства атома, химические и физические свойства
Железо, свойства атома, химические и физические свойства.
Fe 26 Железо
55,845(2) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 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.
Свойства и строение атома железа
Кристаллическая решётка железа
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 модификаций 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 иных стандартных условиях (точка Кюри железа 769 °C),
— β-железо существует в интервале температур от 769 °C до 917 °C и иных стандартных условиях, — γ-железо (аустенит) существует в интервале температур от 917 °C до 1394 °C и иных стандартных условиях, — δ-железо существует при температуре выше 1394 °C и иных стандартных условиях, — ε-железо существует при давлении более 13 ГПа и иных стандартных 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 и строение атома железа:
| 200 | Свойства и строение атома | |
| 201 | Атомная масса (молярная масса) | 55,845(2) а.е.м. (г/моль) |
| 202 | Электронная конфигурация | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2 |
| 203 | Электронная оболочка | K2 L8 M14 N2 O0 P0 Q0 R0
|
| 204 | Заполнение электронных орбиталей электронами (электронно-графическая схема) | 4s  |
3s 3p  3d  |
||
| 2s 2p |
||
| 1s |
||
| 205 | Радиус атома (вычисленный) | 156 пм |
| 206 | Эмпирический радиус атома* | 140 пм |
| 207 | Ковалентный радиус* | 123 пм – low-spin,
152 пм – high-spin |
| 208 | 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) |
| 209 | Радиус Ван-дер-Ваальса | |
| 210 | Электроны, Протоны, Нейтроны | 26 электронов, 26 протонов, 30 нейтронов |
| 211 | Семейство (блок) | элемент d-семейства |
| 212 | Период в периодической таблице | 4 |
| 213 | Группа в периодической таблице | 8-ая группа (по старой классификации – побочная подгруппа 8-ой группы) |
| 214 | Эмиссионный спектр излучения |  |
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 | 10,4·106 См/м (при 20 °C) |
| 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
|
| 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
|
| 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
|
| 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 иных стандартных условиях (точка Кюри железа согласно [1] 770 °C),
— β-железо существует в интервале температур от 770 °C до 912 °C и иных стандартных условиях,
— γ-железо (аустенит) существует в интервале температур от 912 °C до 1394 °C и иных стандартных условиях,
— δ-железо существует при температуре выше 1394 °C и иных стандартных условиях,
— ε-железо существует при температуре несколько сотен °C и давлении более 10 ГПа либо при более высоком давлении и иных стандартных 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:
- https://en.wikipedia.org/wiki/Iron
- https://de.wikipedia.org
- https://ru.wikipedia.org/wiki/Железо
- http://chemister.ru/Database/properties.php?dbid=1&id=236
[know]