Железо — химический элемент и металл¶
Железо (Fe, от лат. ferrum) — химический элемент 8-й группы 4-го периода периодической таблицы Менделеева, атомный номер 26. Один из самых распространённых элементов во Вселенной и на Земле, первый металл, освоенный человеком. В быту и технике слово «железо» употребляется как синоним металла вообще, а в контексте информационных технологий — как обозначение аппаратной части компьютера.
¶Физические и химические свойства
Железо — серебристо-серый металл с плотностью 7874 кг/м³, температурой плавления 1538 °C и кипения 2862 °C. Обладает ферромагнитными свойствами: намагничивается и сохраняет остаточную намагниченность, что делает его основой постоянных магнитов и магнитных носителей информации.
Химически железо относительно активно: в сухом воздухе почти не изменяется, во влажном покрывается ржавчиной (гидратированный оксид железа Fe₂O₃·nH₂O). В кислотах растворяется с выделением водорода. Образует два основных ряда соединений: закисные (Fe²⁺) и окисные (Fe³⁺). С углеродом образует сплавы — сталь (до 2,14 % углерода) и чугун (более 2,14 %).
Природное железо представлено двумя стабильными изотопами: ⁵⁶Fe (91,7 %) и ⁵⁴Fe (5,8 %). В звёздах с массой более 8 солнечных железо — конечный продукт термоядерного синтеза, после него выделение энергии прекращается, что приводит к коллапсу звезды.
¶Месторождения и добыча
Железо — четвёртый по распространённости элемент в земной коре (около 5 %) и первый среди металлов. Основные руды:
- Магнетит Fe₃O₄ — магнитный оксид, до 72,4 % железа;
- Гематит (красный железняк) Fe₂O₃ — до 70 % железа;
- Сидерит FeCO₃ — карбонат, около 48 % железа;
- Лимонит — водные оксиды, 35–60 % железа.
Крупнейшие мировые производители — Австралия, Бразилия, Китай и Россия. В России основные бассейны: Курская магнитная аномалия (КМА), Кольский полуостров (Ковдорское и Оленегорское месторождения), Урал (Магнитогорское, Бакалинское), Сибирь (Тайшетское, Абаканское).
¶Металлургия
Производство железа из руды осуществляется в доменной печи, где оксиды восстанавливаются коксом при 1500–2000 °C. Продукт — чугун, который далее перерабатывается в сталь в мартеновских, кислородно-конвертерных или электропечных агрегатах. Россия входит в число мировых лидеров по выплавке стали: в 2023 году объём производства составил около 75,8 млн тонн.
¶Роль в живой природе
Железо — биогенный элемент, входящий в состав гемоглобина крови (переносит кислород), миоглобина мышц, ферментов и цитохромов. Суточная потребность взрослого человека — 8–18 мг. Дефицит приводит к железодефицитной анемии, избыток — к гемохроматозу.
В земном ядре железо — главный компонент: внешнее жидкое ядро генерирует магнитное поле планеты, защищающее от солнечного ветра.
¶История освоения
Железо — первый металл, который человек научился выплавлять из руды. Бронзовый век сменился железнным около 1200 года до н. э. на Ближнем Востоке; в Восточной Европе железоделательное производство появилось в VIII–VI веках до н. э. (ананьинская культура). Сварочное железо, сталь и чугун последовательно меняли военное дело, сельское хозяйство и строительство. В XIX веке массовое производство стали (мартеновский процесс, 1864 год) заложило основу индустриальной экономики.
¶Железо в информационных технологиях
В компьютерном сленге «железо» (hardware) — физическая аппаратная часть компьютера: процессор, оперативная и постоянная память, накопители, материнская плата, видеокарта, периферия. Противопоставляется программному обеспечению (software). Термин вошёл в русский язык в 1990-е годы как калька с английского hardware.
¶Интересные факты
- В организме взрослого человека содержится около 3–4 граммов железа, из них 65 % — в гемоглобине.
- Метеоритное железо (сплав железа с никелем) использовали древние народы для изготовления украшений и оружия задолго до освоения доменного производства.
- Название города Железный Врата на Дунае и множество топонимов вроде Железных Городов связаны с месторождениями руды.
¶Источники
- Периодическая таблица химических элементов Д. И. Менделеева
- ГОСТ 19903-2015. Прокат листовой горячекатаный
- Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
- Большая российская энциклопедия, т. «Железо»
- Минералогический словарь, Геологический институт РАН