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铁的化学和物理性质

铁元素(Ferrum)的原子序数为26,符号为Fe。在元素周期上 ,铁是第四周期第八副族(VⅢB)的元素。它与钴和镍同属四周期VⅢB族。

在自然界中,铁元素有4种稳定同位素,其同位素丰度(%)如下(Hertz,1960):54 Fe-5.81,56 Fe-91.64,57 Fe-2.21,58 Fe-0.34。

铁的原子量平均为55.847(当12C=12.000时)。

铁的原子半径,取12配位数时,为1.26×1010m1)。铁的原子体积为7.1cm3/克原子,原子密度为7.86g/cm3

铁原子的电子结构是3d64s2。

铁原子很容易失掉最外层的两个s电子而呈正二价离子(Fe2+)。如果再失掉次外层的1个d电子,则呈正三价离子(Fe3)。铁元素的这种变价特征,导致铁在不同氧化还原反应中显示出不同的地球化学性质。

铁原子失去第一个电子的电离势(I1)为7.9 OeV,失去第二个电子的电离势(I2)为16.18 eV,失去第三个电子的电离势(I3)为30.64 eV。

铁的离子半径随配位数和离子电荷而变化。据Ahrens(1952)资料,取6配位数时2),Fe2的离子半径为0.074nm,Fe3的离子半径为0.064nm。铁离子在含氧盐和卤化物等中构成离子化合物。

铁常与硫和砷等构成共价化合物。铁的共价半径为1.17×1010m。其键性强度可用铁和硫、砷等的电负性差求得。铁的电负性,Fe2为1.8,Fe3为1.9(波林,1964)。

凡是原子半径与铁相近的元素,当晶体结构相同时,易与铁形成金属互化物,如铁和铂族形成的金属互化物粗铂矿(Pt,Fe)。凡是离子半径与铁相近的元素,当化学结构式相同时,易与铁发生类质同象替换,如硅酸盐中的铁橄榄石和镁橄榄石类质同象系列;碳酸盐中的菱铁矿和菱锰矿类质同象系列;以及钨酸盐中的钨铁矿和钨锰矿类质同象系列,等等。

离子电位(ф)是一个重要的地球化学指标。Fe2的离子电位为2.70,可在水溶液中呈自由离子(Fe2)迁移。Fe3的离子电位较高,为4.69,它易呈水解产物沉淀。因此,在还原条件下,有利于Fe2呈自由离子迁移;在氧化条件下,则Fe2易氧化为Fe3而呈水解产物沉淀。与铁共沉淀的元素(同价的或异价的)共生组合,可用离子电位图来预测。

铁及其化合物的密度、熔点和沸点、以及它们在水中的溶解度或溶度积,是决定铁进行地球化学迁移的重要物理常数(下表)。

铁及其化合物的物理常数

分子式

密度(g/cm3)

熔点(℃)

沸点(℃)

在100g水中的溶解度

20℃时

100℃时

Fe

7.86

1535

3000

不溶

不溶

FeCl2

2.98

672

升华

64.4(10℃)

105.7

FeCl3

2.8

304(282)

升华303(315)

91.1

537

Fe3O4

5.18

1550(1538)

分解为FeO

不溶

不溶

Fe2O3

5.24

1565

不溶

不溶

Fe(OH)3

3.4

-1.5H2O500

5×105

FeS

4.7

1193

分解

微溶

FeS2(白铁矿)

4.9

分解

5×104

FeS2(黄铁矿)

5.0

1171

分解

0.5

FeSO4·7H2O

1.9

64

-7H2O300

26.5

50.9(70℃)

注:1、密度为室温下的密度;2、熔点和沸点为101325Pa汞柱时的温度,或者在括号内的压力下的温度;3、H2O后面的温度为水逸出的温度。

铁的熔化潜热为269.55J/g,蒸发潜热为6343J/g。

·原子半径随配位数变化,其校正系数为:配位数8,减3%;配位数6,减4%;配位数4,减12%。

·离子半径的校正系数:配位数4,减6%;配位数8,加3%;配位数12,加12%。

本文引用地址:http://www.worldmetal.cn/steel/show-869514-1.html

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