Երկաթ

Երկաթ, քիմիական նշանը՝ Fe (լատին․՝ Ferrum)։ Երկաթը d-տարր է, պարբերական համակարգի ութերորդ խմբի երկրորդական ենթախմբում է, ատոմային համարը՝ 26։ Այն սպիտակ-արծաթափայլ մետաղ է։ Ատոմի էլեկտրոնային բանաձևն է 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²։ Բացի Էներգիական չորրորդ մակարդակի 2 էլեկտրոնից, քիմիական կապերի առաջացմանը կարող են մասնակցել նաև երրորդ մակարդակի d-էլեկտրոնները։ Երկաթին բնորոշ են գերազանցապես +2 և +3 օքսիդացման աստիճանները։ Սակայն կան շատ քիչ թվով խիստ անկայուն միացություններ, որոնցում դրսևորվում է +6 օքսիդացման աստիճան։ Բնության մեջ տարածվածությամբ (4,65%) զբաղեցնում է չորրորդն է՝ թթվածնից(O), սիլիցիումից (Si) և ալյումինից (Al^[1]).) հետո։ Ազատ վիճակում երբեմն հանդիպում է միայն որոշ երկաթաքարերի տեսքով։ Գտնվում է հիմնականում օքսիդային հանքաքարերում, որոնցից կարևորներն են գորշ երկաթաքարը (լիմոնիտ)(Fe₂O₃ . nH₂O), կարմիր երկաթաքարը (հեմատիտ)(Fe₂O₃), մագնիսական երկաթաքարը (մագնետիտ) (Fe₃O₄), սիդերիտը (FeCO₃), պիրիտ (հրաքար)՝ FeS₂ և այլն։ Մարդու օրգանիզմում կա ~ 3գ երկաթ տարր գերազանցապես հեմոգլոբինի բաղադրության մեջ։

Անվան այլ կիրառումների համար տե՛ս՝ Երկաթ (այլ կիրառումներ)

26 Մանգան ← Երկաթ → Կոբալտ Քիմիական տարրերի պարբերական համակարգ 26Fe
Կռելի, արծաթափայլ, սպիտակ, պինդ մետաղ է
Ատոմի հատկություններ
Անվանում, սիմվոլ, կարգաթիվ	Երկաթ / Ferrum (Fe), Fe, 26
Խումբ, պարբերություն, բլոկ	8, 4, d
Ատոմային զանգված (մոլային զանգված)	55,847(2) զ. ա. մ. (գ/մոլ)
Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա	[Ar] 3d6 4s2
Ատոմի շառավիղ	140 պմ
Քիմիական հատկություններ
Կովալենտ շառավիղ	125 պմ
Վան-դեր-Վալսի շառավիղ	...
Էլեկտրոդային պոտենցիալ	Fe←Fe3+ −0,04 В Fe←Fe2+ −0,44 В
Օքսիդացման աստիճաններ	+2, +3
Պարզ նյութի թերմոդինամիկական հատկություններ
Հալման ջերմաստիճան	1812 Կ (1538,85 ° C)
Եռման ջերմաստիճան	3134 Կ
Գոլորշիացման տեսակարար ջերմունակություն	6088 կՋ/կգ ~ 340 կՋ/մոլ
Մոլյար ջերմունակություն	25,14 Ջ/(Կ·մոլ)
Մոլային ծավալ	7.1 սմ³/մոլ
Պարզ նյութի բյուրեղային ցանց
Բյուրեղացանցի կառուցվածք	խորանարդ
Բյուրեղացանցի տվյալներ	2,866
Դեբայի ջերմաստիճան	460 Կ
Այլ հատկություններ
Ջերմահաղորդականություն	(300 Կ) 80.4 Վտ/(մ·Կ)
CAS համար	CAS գրանցման համար?

26	Երկաթ
Fe 55,847
3d64s2

Անվան ծագում

Սլավոներենում *želězo (բելառուս․՝ жалеза, ուկրաիներեն՝ залізо, հին սլավոներեն՝ желѣзо, բուլղար․՝ желязо, լեհ.՝ żelazo, չեխ․՝ železo, սլովեն.՝ železo) ունի հստակ զուգահեռներ Բալթյան Լեզուներ հետ (լիտ.՝ geležis, լատիշ․՝ dzelzs)։ Կա մի քանի տարբերակներ նաև բալթո-սլավոնական բառերի ստուգաբանությունում։ Դրանցից մեկը կապվում է հունարեն բառի՝ χαλκός հետ, որը նշանակում է երկաթ ու պղինձ, համաձայն մի ուրիշ վարկածի *želězo բառը *žely նշանակում է «կրիա» և *glazъ-«ժայռ», ընդհանուր անվամբ «քար»^[2][3].^[4]։ Ռոմանական լեզուներում՝ (իտալ.՝ ferro, ֆր.՝ fer, իսպ.՝ hierro, պորտ.՝ ferro, ռումիներեն՝ fier) շարունակվում է լատին․՝ ferrum ։ Լատրներենում՝ ferrum (< *ferzom), ամենայն հավանականությամբ, վերցված է որոշ արևելյան լեզուներից, երևի փյունիկյան լեզուներից։

Գերմանական լեզուներից երկաթի անվանումը վերցվել է (գոթ.՝ eisarn, անգլ.՝ iron, գերմ.՝ Eisen, հոլ.՝ ijzer, դան․՝ jern, շվեդ.՝ järn) հինականում կելտերենից^[5]։ Պրակելտական բառը *isarno- (> др.-ирл. iarn, др.-брет. hoiarn), հավանաբար թվագրվում է «ուժեղ, սուրբ, տիրապետող, գերբնական ուժեր»^[6]։ հասկացությունների մասին։ Հունարենում բառը σίδηρος, հնարավոր է վերցվել է նույն աղբյուրից, ինչը սլավոնական լեզուներում էր, գերմաներենում և բալթյան լեզուներում վերցվել է արծաթ բառից^[7]։ Բնական երկաթի կարբոնատի անվանումը գալիս է լատին․՝ sidereus - աստղ բառից, իսկապես, առաջին անգամ երկաթը հայտնվելով մարդու ձեռքին ունեցել է երկնաքարային ծագում։ Հնարավոր է նաև որ այդ համընկնումը պատհական չի եղել։ Մասնավորապես, հունարենում բառը նշանակում սիդերիտ (σίδηρος) երկաթի համար և լատիներենից sidus, «աստղ» բառից։

Իզոտոպներ

Հիմնական հոդված՝ Երկաթի իզոտոպներ

Բնական երկաթը ունի չորսը կայուն իզոտոպներ. ⁵⁴Fe (իզոտոպի տարածվածությունը 5,845 %), ⁵⁶Fe (91,754 %), ⁵⁷Fe (2,119 %) և ⁵⁸Fe (0,282 %)։ Հայտնի է ավելի քան 20 անկայուն երկաթի իզոտոպներ հետևյալ զանգվածային թվերով 45-ից 72, որոնցից առավել կայուն է ⁶⁰Fe իզոտոպը։ ⁵⁶Fe երկաթի իզոտոպը պատկանում է առավել կայուն միջուկների թվին. հետևյալ բոլոր տարրերը կարող են փոքրացնել էներգիայի կապը մեկ նուկլոնի անկման միջոցով, իսկ բոլոր նախորդ տարրեր, սկզբունքորեն, կարող են նվազեցնել պարտադիր էներգիայի կապը մեկ նուկլոնի սինթեզի միջոցով։

Երկաթի ստացում

Արդյունաբերությունում երկաթը ստանում են երկաթի հանքաքարից հիմնականում հեմատիտից (Fe₂O₃) և մագնիտից (FeO·Fe₂O₃)։ Գոյություն ունեն տարբեր որակական եղանակներ երկաթը հանքաքարից ստանալու համար։ Առավել տարածված եղանակներից է, երբ երկաթը ստանում են բացառապես հրամետաղարտադրական եղանակով՝ դոմնային վառարանում։

Արտադրության առաջին փուլ

Երկաթը վերականգնում են ածխածնով դոմնային վառարանում 2000 °C ջերմաստիճանում։ Ստանում են ածխածնով կամ ածխածնի օքսիդով օքսիդներից վերականգնման միջոցով։ Վառարանում ածխածինը օքսիդանում է մինչև ածխածնի մոնօքսիդը.

${\displaystyle {\mathsf {2C+O_{2}\rightarrow 2CO}}}$

Իր հերթին ածխածնի մոնօքսիդը վերականգնում է երկաթը հանքաքարից։ Որպեսզի հետևյալ ռեակցիան ընթանա արագ, տաքացված շմոլ գազը բաց են թողնում երկաթի(III) օքսիդի վրայով.

${\displaystyle {\mathsf {3CO+Fe_{2}O_{3}\rightarrow 2Fe+3CO_{2}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {Fe+C\rightarrow Fe+CO}}}$

${\displaystyle {\mathsf {Fe_{2}O_{3}+3C\rightarrow 2Fe+CO}}}$

Օդում, խոնավության առկայությամբ, հեշտությամբ օքսիդանում է (ժանգոտում է).

${\displaystyle {\mathsf {4Fe+3O_{2}+6H_{2}O\rightarrow 4Fe(OH)_{3}}}}$

Ֆիզիկական հատկություններ

Երկաթը արծաթափայլ, սպիտակ, պինդ մետաղ է, խտությունը 7,87 գ/սմ³ է, հալման ջերմաստիճանը՝ 1539 °C։ Շնորհիվ ատոմում առկա չզույգված շատ էլեկտրոնների՝ երկաթն ունի պարամագնիսական հատկություն. ձգվում է մագնիսի կողմից։ Այդ մետաղին բնորոշ են արագ մագնիսանալու և ապամագնիսանալու հատկությունները, ինչը հնարավորություն է տալիս երկաթը լայնորեն օգտագործելու էլեկտրատեխնիկայում և էլեկտրոնային սարքերում։ Չափազանց մաքուր երկաթը բավականին կայուն է օդի թթվածնի նկատմամբ, սակայն սովորական մետաղը (խառնուկներ պարունակող) օդում աստիճանաբար ենթարկվում է կերամշակման, մանավանդ խոնավության առկայությամբ.

${\displaystyle {\mathsf {2Fe+O_{2}+2H_{2}O\rightarrow 2Fe(OH)_{2}}}}$

Քիմիական հատկություններ

Օքսիդացման աստիճանի բնույթ

Օքսիդացման աստիճանը	օքսիդ	Հիդրօքսիդ	Բնույթը	Ծանոթությունը
+2	FeO	Fe(OH)2	Թույլ հիմնային	Թույլ վերականգնող
+3	Fe2O3	Fe(OH)3	Շատ թույլ հիմնային, հաճախ ամֆոտերիկ	Թույլ օքսիդացնող
+6	ձեռք չի բերվել	H2FeO4*	Թթու	Ուժեղ օքսիդացնող

Երկաթի տաքացված լարը թթվածնի մեջ մտցնելիս բուռն այրվում է՝ արձակելով շիկացած շիթեր և վերածվելով, այսպես կոչված, «խառը» օքսիդի՝ Fe₃O₄.

${\displaystyle {\mathsf {3Fe+2O_{2}\rightarrow Fe_{3}O_{4}}}}$

Ջրածնի հետ երկաթը չի փոխազդում։ Հալոգենների հետ օքսիդանում է մինչև +3 օքսիդացման աստիճան։ Օրինակ՝

${\displaystyle {\mathsf {3Fe+3Cl_{2}\rightarrow 2FeCl_{3}}}}$

Դիտարժան է նաև երկաթի ռեակցիան ծծմբի հետ։ Այդ նյութերի փոշիների խառնուրդը փորձանոթում տաքացնելիս սկսվում է բուռն ջերմանջատիչ ռեակցիա, որի հետևանքով գոյանում է երկաթի սուլֆիդ.

${\displaystyle {\mathsf {Fe+S\rightarrow FeS}}}$

Երկաթը սովորական թթուներից անջատում է ջրածին՝ առաջացնելով երկվալենտ երկաթի աղ։ Օրինակ՝

${\displaystyle {\mathsf {Fe+2HCl\rightarrow FeCl_{2}+H_{2}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {Fe+H_{2}SO_{4}\rightarrow FeSO_{4}+H_{2}}}}$

Օքսիդիչ թթուներից խիտ ծծմբականի հետ չի փոխազդում սովորական ջերմաստիճաններում, ինչը հնարավորություն է տալիս մեծաքանակ թթուն տեղափոխելու երկաթե տարողություններով։ Խիտ ազոտական թթուն ևս չի փոխազդում երկաթի հետ։ Նշված երկու թթուներն էլ պասիվացնում են երկաթը՝ վերջինիս մակերևույթի վրա առաջացնելով օքսիդացման այնպիսի արգասիքներ, որոնք արգելափակում են թթվի անմիջական հպումը մետաղի հետ։ Նոսր ազոտական թթուն, այնուամենայնիվ, փոխազդու է երկաթի հետ.

${\displaystyle {\mathsf {8Fe+30HNO_{3}\rightarrow 8Fe(NO_{3})_{3}+3NH_{4}NO_{3}+9H_{2}O}}}$

Երկաթն ակտիվ մետաղ է և կարող է մի շարք մետաղների դուրս մղել իրենց աղերի ջրային լուծույթներից.

${\displaystyle {\mathsf {Fe+CuCl_{2}\rightarrow FeCl_{2}+Cu}}}$

Ջրի հետ փոխազդում է միայն շատ բարձր ջերմաստիճաններում (ջրային գոլորշու հետ).

${\displaystyle {\mathsf {3Fe+4H_{2}O\rightarrow Fe_{3}O_{4}+4H_{2}}}}$

Փոխազդեցությունը թթուների հետ

• Աղաթթվի հետ.

${\displaystyle {\mathsf {Fe+2HCl\rightarrow FeCl_{2}+H_{2}\uparrow }}}$

• Նոսր ծծմբական թթվի հետ.

${\displaystyle {\mathsf {Fe+H_{2}SO_{4}\rightarrow FeSO_{4}+H_{2}\uparrow }}}$

• Խիտ ազոտական և ծծմբական թթուների հետ.

${\displaystyle {\mathsf {2Fe+6H_{2}SO_{4}\rightarrow Fe_{2}(SO_{4})_{3}+3SO_{2}\uparrow +6H_{2}O}}}$

• Երկաթը արյվում է օդում

${\displaystyle {\mathsf {3Fe+2O_{2}\rightarrow Fe_{3}O_{4}}}}$

• Այրումը մաքուր թթվածնով.

${\displaystyle {\mathsf {4Fe+3O_{2}\rightarrow 2Fe_{2}O_{3}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {2Fe+O_{2}\rightarrow 2FeO}}}$

${\displaystyle {\mathsf {Fe+S\rightarrow FeS}}}$

${\displaystyle {\mathsf {2Fe+3Cl_{2}\rightarrow 2FeCl_{3}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {2Fe+3Br_{2}\rightarrow 2FeBr_{3}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {3Fe+4I_{2}\rightarrow Fe_{3}I_{8}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {6Fe+N_{2}\rightarrow 2Fe_{3}N}}}$

${\displaystyle {\mathsf {Fe+P\rightarrow FeP}}}$

${\displaystyle {\mathsf {2Fe+P\rightarrow Fe_{2}P}}}$

${\displaystyle {\mathsf {3Fe+P\rightarrow Fe_{3}P}}}$

${\displaystyle {\mathsf {3Fe+C\rightarrow Fe_{3}C}}}$

${\displaystyle {\mathsf {Fe+Si\rightarrow FeSi}}}$

${\displaystyle {\mathsf {3Fe+4H_{2}O\rightarrow Fe_{3}O_{4}+4H_{2}\uparrow }}}$

${\displaystyle {\mathsf {Fe+CuSO_{4}\rightarrow FeSO_{4}+Cu}}}$

${\displaystyle {\mathsf {Fe+2FeCl_{3}\rightarrow 3FeCl_{2}}}}$

Արտաքին հղումներ

• Երկաթը Webelements
• Երկաթը հայտնի քիմիական տարրերի գրադարանում
• Երկաթի լուսանկարները «Քիմիա և Քիմիկոսներ» կայքում
• Երկաթը XuMuK.ru կայքում
• Երկաթի հանքավայրեր Արխիվացված 2007-09-28 Wayback Machine
• Հիվանդություները մարդու օրգանիզմում, որոնք առաջանում են երկաթի անբավարարության դեպքում

Տես նաև

• Պարբերական աղյուսակ

Ծանոթագրություններ

1. Карапетьянц М. Х., Дракин С. И. Общая и неорганическая химия: Учебник для вузов. — 4-е изд., стер. — М.: Химия, 2000, ISBN 5-7245-1130-4, с. 529
2. М. Фасмер. Этимологический словарь русского языка. — Прогресс. — 1986. — Т. 2. — С. 42—43.
3. Трубачёв О. Н. Славянские этимологии. // Вопросы славянского языкознания, № 2, 1957.
4. Boryś W. Słownik etymologiczny języka polskiego. — Kraków: Wydawnictwo Literackie. — 2005. — С. 753—754.
5. Мейе А. Основные особенности германской группы языков. — УРСС. — 2010. — С. 141.
6. Matasović R. Etymological Dictionary of Proto-Celtic. — Brill. — 2009. — С. 172.
7. Mallory, J. P., Adams, D. Q. Encyclopedia of Indo-European Culture. — Fitzroy-Dearborn. — 1997. — P. 314.

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 3, էջ 593)։