ЗАЛІЗО

ЗАЛІЗО — проста речовина елементу Ферум (Ferrum, Fe), який розташований у VIII B групі четвертого періоду періодичної системи Д.І. Менделєєва; ат. н. 26, ат. м. 55,847.

З. — другий за поширенням у природі метал після алюмінію, а Ферум — четвертий за масою у земній корі елемент після Оксигену, Силіцію та Алюмінію, вміст якого становить близько 4,6%. Його багато у Землі, особливо в її ядрі, у метеоритах та живій природі. Існує гіпотеза, що земне ядро складається із сплаву Феруму з Ніколом. У природі цей елемент присутній у зв’язаному стані: входить до складу гірських порід та живих організмів. Тільки метеорити містять самородне З. Ферум входить до складу багатьох мінералів: магнетиту (магнітного залізняку) Fe3O4; гематиту (червоного залізняку) Fe2O3; лимоніту (бурого залізняку) Fe2O3·nH2O; сидериту (залізного шпату) FeCO3; залізного колчедану (піриту) FeS2; оливіну MgFeSiO4. У морській воді Ферум присутній у концентрації 5·10-6%. До складу вод мінеральних джерел входить FeSО4 та Fe(HCO3)2, в яких вміст елементу досягає 100 мг/л.

У промисловості З. одержують у доменних печах із оксидних металовмістних руд методом карботермічного відновлення вугіллям. У процесі відновлення З. насичується Карбоном (3–4%), унаслідок чого одержують чавун, із якого виготовляють деталі машин, станини верстатів, труби. Чавун із вмістом Карбону близько 6% називають переробним і використовують для одержання сталі. Сутність сталеплавильного процесу полягає в окисненні домішок у чавуні та зменшенні у ньому вмісту Карбону. Чисте З. одержують відновленням оксидів Феруму алюмінієм або воднем. Це блискучий білий із сіруватим відтінком ковкий метал з середньою хімічною активністю, який виявляє магнітні властивості. При кімнатній температурі у компактному стані чисте З. не взаємодіє з водою, киснем і галогенами. Дрібнодисперсне З. — пірофорне. Його хімічна активність зростає при нагріванні. У сухому повітрі З. покривається захисною плівкою Fe2O3. При нагріванні у цих умовах утворюється суміш оксидів FeO і Fe2O3 (залізна окалина, Fe3O4). У вологому повітрі З. окиснюється (іржавіє) з утворенням суміші оксидів і гідроксидів змінного складу. В електрохімічному ряді напруги металів З. розміщене ліворуч від водню, тому воно взаємодіє з розчинами HCl і H2SO4 з виділенням водню та утворенням відповідних солей Fe(ІІ) [FeCl2, FeSO4]. З розведеною нітратною кислотою З. взаємодіє з утворенням сполуки Fe(ІІ) — Fe (NO3)2 та NH4NO3. Концентровані H2SO4 та HNO3 пасивують З. з утворенням нерозчинної в кислотах оксидної плівки змінного складу. Однак при нагріванні З. взаємодіє з концентрованою HNO3 з утворенням сполуки Fe(ІІІ) — Fe(NO3)3 та оксидів Нітрогену. При нагріванні воно взаємодіє з водою з утворенням оксиду Fe3O4, розчиняється в концентрованих розчинах лугів з утворенням солей метаферитної кислоти (NaFeO2, КFeO2), окиснюється галогенами з утворенням сполук Fe(ІІІ). Особливо легко проходить реакція з Сl2, адже утворюється леткий FeCl3. Оскільки FeF3 утворює на поверхні З. захисну плівку, воно взаємодіє з F2 при нагріванні до температури понад 250–300 °С. З сіркою воно взаємодіє з утворенням FeS при температурі понад 700 °C та з утворенням FeS2 при нижчій температурі. Найбільш важливими є сполуки Феруму зі ступенем окиснення +2, +3, +6. Оксид FeO та відповідний йому гідроксид Fe(OH)2 — основні; Fe2O3 і Fе(OH)3 — амфотерні. Fe(OH)2 — основа середньої сили, Fe(OH)3 — слабка основа. Вони розчиняються у кислотах з утворенням відповідних солей. У реакції з концентрованими лугами Fe(OH)2 і Fe(OH)3 виявляють слабко виражені кислотні властивості й утворюють гідроксокомплекси Na4[Fe(OH)6] і Na3[Fe(OH)6]. Ферум утворює два ряди солей — сполуки Fe(II) і Fe(III). У водному розчині катіони Fe2+ та Fe3+ існують у вигляді аквакомплексів [Fe(H2O)6]2+ та [Fe(H2O)6]3+. Сполуки Fe(II) виявляють сильні відновні властивості і за звичайних умов легко окиснюються до сполук Fe(III). Стійкими є подвійні і комплексні солі Fe(II), напр. сіль Мора FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O і жовта кров’яна сіль K4[Fe(CN)6]. Сполуки Fe(III) стійкі за звичайних умов. В окисно-відновних реакціях вони служать окисниками і відновлюються до сполук Fe(II). Солі Fe(III) легко утворюють подвійні солі, напр. ферум-амонієві галуни (NH4)2SO4⋅Fe(SO4)3⋅24H2O. У водному розчині солі Fe(II) гідролізовані за І ступенем, а солі Fe(III) — за і та ІІ ступенями. При кип’ятінні розведеного розчину Fe(III) ацетату гідроліз проходить до кінця і утворюється коричневий осад Fe2O3·nH2O. Ступінь окиснення +6 Ферум виявляє у солях фератної кислоти — фератах К2FeO4, Na2FeO4, CaFeO4. Фератна кислота H2FeO4 та Fe(VI) оксид нестійкі й у вільному стані не існують. Ферати сильні окисники, нестійкі і легко розкладаються з виділенням кисню. Чутливою реакцією якісного виявлення іонів Fe2+ є взаємодія з розчином калій гексаціаноферату(ІІІ) K3[Fe(CN)6] (червоної кров’яної солі) з утворенням синього осаду турнбулевої сині KFe[Fe(CN)6]. Іони Fe3+ утворюють з розчином калію гексаціаноферату(ІІ) K4[Fe(CN)6] (жовтої кров’яної солі) синій осад берлінської лазурі KFe[(Fe(CN)6)], а з розчином калію роданіду — криваво-червоний ферум(III) роданід Fe(SCN)3.

Сполуки Феруму життєво важливі для всіх організмів. Рослини при його недостачі не утворюють хлорофілу, втрачають можливість асимілювати СО2 і хворіють на хлороз. Загальна масова частка Феруму в організмі людини становить 1·10–5% — це близько 4–5 г, тому його відносять до мікроелементів. 70% Феруму входить до складу гемоглобіну, 5–10% — міоглобіну, 20–25% резервного Феруму і не більше 0,1% елементу міститься у плазмі крові, в якій він зв’язаний з білком трансферином. Одна молекула трансферину приєднує два іони Fe3+ і транспортує їх до клітин, в яких відбувається утворення гемоглобіну. Близько 1% Феруму входить до складу ферментів, які каталізують процеси дихання у клітинах і тканинах організму. Він також міститься у ферментах цитохромах, за допомогою яких здійснюються окисно-відновні реакції в організмі. Цитохроми містять ферумпорфіриновий комплекс гем, в якому Ферум знаходиться у ступені окиснення +2. Він легко переходить із ступеня окиснення +2 — в +3 і навпаки, внаслідок чого цитохроми переносять електрони від органічних сполук до Оксигену. Гемоглобін входить до складу червоних кров’яних тілець — еритроцитів і транспортує кисень від органів дихання до тканин організму, а карбон діоксид від тканин до органів дихання. Гемоглобін складається з білкової частини (глобіну) та ферумпорфіринового комплексу, такого як у цитохромах. Процес перенесення кисню за допомогою гемоглобіну не супроводжується зміною ступеня окиснення Феруму. Еритроцити існують в організмі близько двох місяців, а потім руйнуються і заміщаються новими. Гемоглобін при цьому розщеплюється, а звільнений Ферум накопичується у печінці та селезінці. Спинний мозок за допомогою вітаміну D знову використовує утилізований Ферум для утворення гемоглобіну. Ферумпорфіриновий комплекс також входить до складу міоглобіну — білкової сполуки, яка забезпечує збереження Оксигену в м’язах.

У медичній практиці використовують різноманітні сталі і чавун. Із нержавіючої сталі виробляють ножі, скальпелі та інші хірургічні інструменти. Сталь з домішками Хрому, Ніколу і Танталу використовують для виготовлення зубних коронок, голок, стерилізаторів. Із сталі з домішкою Вольфраму виробляють зубні бори. Чавун використовують для виготовлення основ операційних столів, стоматологічних крісел, бормашин. У радіоактивній діагностиці для вивчення процесів кровотворення, обміну та засвоєння організмом Феруму використовують три ізотопи 52Fe, 55Fe, 59Fe. Ферум входить також до складу ЛП, які виявляють гемостатичну, протизапальну, кровоспинну та бактерицидну дію, стимулюють еритропоез, покращують кровотворення. Як мікроелемент він входить до складу полівітамінних препаратів. При втраті крові, вагітності, пологах і менструації недостатність Феруму в організмі призводить до розвитку ферумдефіцитної анемії (недокрів’я), внаслідок чого найбільш часто виникають розлади у діяльності серцево-судинної, нервової, імунної та травної систем. Як протианемічні речовини використовують залізо відновлене (дрібнодисперсний, сірого кольору порошок, який застосовують у формі таблеток, покритих оболонкою, або капсул) та сполуки Fe(ІІ) і Fe(ІІІ). Більшу біодоступність проявляють сполуки Fe(II), однак вони часто спричиняють запалення ШКТ. Для запобігання побічної дії сполуки Fe(ІІ) приймають разом з аскорбіновою або фолієвою кислотою, вітамінами, солями Cu(ІІ), Mn(ІІ), Co(ІІ), амінокислотами.

БМЭ. — М., 1974; Химическая энциклопедия. — М., 1988.