Строение атома железа кратко

Обновлено: 02.07.2024

Порядок заполнения оболочек атома железа (Fe) электронами: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p.

На подуровне ‘s’ может находиться до 2 электронов, на ‘s’ - до 6, на ‘d’ - до 10 и на ‘f’ до 14

Железо имеет 26 электронов, заполним электронные оболочки в описанном выше порядке:

2 электрона на 1s-подуровне

2 электрона на 2s-подуровне

6 электронов на 2p-подуровне

2 электрона на 3s-подуровне

6 электронов на 3p-подуровне

2 электрона на 4s-подуровне

6 электронов на 3d-подуровне

Степень окисления железа

Атомы железа в соединениях имеют степени окисления 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, -1, -2.

Степень окисления - это условный заряд атома в соединении: связь в молекуле между атомами основана на разделении электронов, таким образом, если у атома виртуально увеличивается заряд, то степень окисления отрицательная (электроны несут отрицательный заряд), если заряд уменьшается, то степень окисления положительная.

Fe (железо) - элемент с прядковым номером 26 в периодической системе. Находится в IV периоде. Температура плавления: 1535 ℃. Плотность: 7.87 г/см 3 .

Электронная формула атома железа в порядке возрастания энергий орбиталей:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6

Электронная формула атома железа в порядке следования уровней:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2

Сокращенная электронная конфигурация Fe:
[Ar] 3d 6 4s 2

Распределение электронов по энергетическим уровням в атоме Fe
1-й уровень (K): 2
2-й уровень (L): 8
3-й уровень (M): 14
4-й уровень (N): 2

Валентные электроны железа

Количество валентных электронов в атоме железа - 8.
Ниже приведены их квантовые числа (N - главное, L - орбитальное, M - магнитное, S - спин)

Железо - это d- элемент VIII группы; порядковый номер – 26; атомная масса Ar(Fe) = 56; состав атома: 26-протонов; 30 – нейтронов; 26 – электронов.

Схема строения атома:

Электронная формула: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2

Металл средней активности, восстановитель:

Fe 0 -2e - →Fe +2 , окисляется восстановитель

Fe 0 -3e - →Fe +3 , окисляется восстановитель

Основные степени окисления: +2, +3

II. Распространённость железа

Железо – один из самых распространенных элементов в природе . В земной коре его массовая доля составляет 5,1%, по этому показателю оно уступает только кислороду, кремнию и алюминию . Много железа находится и в небесных телах, что установлено по данным спектрального анализа. В образцах лунного грунта, которые доставила автоматическая станция “Луна”, обнаружено железо в не окисленном состоянии.

Железные руды довольно широко распространены на Земле. Названия гор на Урале говорят сами за себя: Высокая, Магнитная, Железная. Агрохимики в почвах находят соединения железа.

Железо входит в состав большинства горных пород. Для получения железа используют железные руды с содержанием железа 30-70% и более.

Основными железными рудами являются :

магнетит (магнитный железняк) – Fe ₃ O ₄ содержит 72% железа, месторождения встречаются на Южном Урале, Курской магнитной аномалии:

гематит (железный блеск, кровавик)– Fe ₂ O ₃ содержит до 65% железа, такие месторождения встречаются в Криворожском районе:

лимонит (бурый железняк) – Fe ₂ O ₃ ‧nH ₂ O содержит до 60% железа, месторождения встречаются в Крыму:

пирит (серный колчедан, железный колчедан, кошачье золото) – FeS ₂ содержит примерно 47% железа, месторождения встречаются на Урале.

III. Роль железа в жизни человека и растений

Железо необходимо и растениям. Оно входит в состав цитоплазмы, участвует в процессе фотосинтеза. Растения, выращенные на субстрате, не содержащем железа, имеют белые листья. Маленькая добавка железа к субстрату – и они приобретают зеленый цвет. Больше того, стоит белый лист смазать раствором соли, содержащей железо, и вскоре смазанное место зеленеет.

Так от одной и той же причины – наличия железа в соках и тканях – весело зеленеют листья растений и ярко румянятся щеки человека.

IV. Физические свойства железа

Железо – это серебристо-белый металл с температурой плавления 1539 о С. Очень пластичный, поэтому легко обрабатывается, куется, прокатывается, штампуется. Железо обладает способностью намагничиваться и размагничиваться, поэтому применяется в качестве сердечников электромагнитов в различных электрических машинах и аппаратах. Ему можно придать большую прочность и твердость методами термического и механического воздействия, например, с помощью закалки и прокатки.

Различают химически чистое и технически чистое железо. Технически чистое железо, по сути, представляет собой низкоуглеродистую сталь, оно содержит 0,02-0,04% углерода, а кислорода, серы, азота и фосфора – еще меньше. Химически чистое железо содержит менее 0,01% примесей. Химически чистое железо – серебристо-серый, блестящий, по внешнему виду очень похожий на платину металл. Химически чистое железо устойчиво к коррозии и хорошо сопротивляется действию кислот. Однако ничтожные доли примесей лишают его этих драгоценный свойств.

V. Получение железа

Восстановлением из оксидов углём или оксидом углерода (II), а также водородом:

VI. Химические свойства железа

Как элемент побочной подгруппы железо может проявлять несколько степеней окисления. Мы рассмотрим только соединения, в которых железо проявляет степени окисления +2 и +3. Таким образом, можно говорить, что у железа имеется два ряда соединений, в которых оно двух- и трехвалентно.

1) На воздухе железо легко окисляется в присутствии влаги (ржавление):

2) Накалённая железная проволока горит в кислороде, образуя окалину - оксид железа (II, III) - вещество чёрного цвета:

При пропускании кислорода через расплавленное железо возможно образование оксида железа (II):

3) При высокой температуре (700–900°C) железо реагирует с парами воды:

4) Железо реагирует с неметаллами при нагревании:

Железо реагирует с галогенами с образованием галогенидов . При этом активные неметаллы (фтор, хлор и бром) окисляют железо до степени окисления +3:

Менее активный йод окисляет железо до степени окисления +2:

Железо реагирует с серой с образованием сульфида железа (II):

Железо реагирует с фосфором. При этом образуется бинарное соединения – фосфид железа:

С азотом железо реагирует при нагревании с образованием нитрида :

Железо реагирует с углеродом и кремнием с образованием карбида и силицида :

3Fe + C = t = Fe ₃ C

5) Железо легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах при обычных условиях:

6) В концентрированных кислотах – окислителях железо растворяется только при нагревании

При обычных условиях железо не реагирует с концентрированной серной кислотой из-за пассивации – образования плотной оксидной пленки. При нагревании реакция идет, образуются оксид серы (IV), сульфат железа (III) и вода:

Железо не реагирует при обычных условиях с концентрированной азотной кислотой также из-за пассивации . При нагревании реакция идет с образованием нитрата железа (III), оксида азота (IV) и воды:

С разбавленной азотной кислотой железо реагирует с образованием оксида азота (II):

При взаимодействии железа с очень разбавленной азотной кислотой образуется нитрат аммония:

7) Железо вытесняет металлы, стоящие правее его в ряду напряжений из растворов их солей.

8) Железо может реагировать с щелочными растворами или расплавами сильных окислителей. При этом железо окисляет до степени окисления +6, образуя соль (феррат)

При взаимодействии железа с расплавом нитрата калия в присутствии гидроксида калия железо окисляется до феррата калия, а азот восстанавливается либо до нитрита калия, либо до аммиака:

9) Простое вещество железо восстанавливает железо до степени окисления +2 при взаимодействии с соединениями железа +3:

VII. Качественные реакции на

VIII. Применение железа

Основная часть получаемого в мире железа используется для получения чугуна и стали — сплавов железа с углеродом и другими металлами. Чугуны содержат около 4% углерода. Стали содержат углерода менее 1,4%.

Чугуны необходимы для производства различных отливок — станин тяжелых машин и т.п.

Стали используются для изготовления машин, различных строительных материалов, балок, листов, проката, рельсов, инструмента и множества других изделий. Для производства различных сортов сталей применяют так называемые легирующие добавки, которыми служат различные металлы: Мn, Сr, Мо и другие, улучшающие качество стали.

Электронное строение нейтрального атома железа в основном состоянии.

Схема строения электронных оболочек

Распределение электронов по энергетическим уровням (или по электронным слоям) в атоме железа.

Электронно-графическая схема

Распределение электронов по атомным орбиталям в атоме железа.

4	↑↓
3	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓	↑	↑	↑	↑
2	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓
1	↑↓
s	p			d

Валентные орбитали атома железа выделены фиолетовым цветом.

Электронная конфигурация

Полная электронная конфигурация атома железа.

₂₆Fe 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2

Сокращённая электронная конфигурация атома железа.

₂₆Fe [Ar] 3d 6 4s 2

Квантовые числа валентных электронов

Главное (n), орбитальное (l), магнитное (m) и спиновое (s) квантовые числа валентных электронов атома железа.

Читайте также: