「高校化学 鉄」の版間の差分

いろいろと加筆
(ステンレスをステンレス鋼に変更。英語のStainless steelと対応させるため。)
(いろいろと加筆)
=== 鉄 ===
[[File:Eisen 1.jpg|right|100px|鉄]]
== 性質 ==
'''鉄'''(Fe)の単体は灰白色の金属、日常比較にも広く利用されてやわらかとえば、合金にして、鉄道のレール、流し台や窓枠のステンレス鋼、建材の鉄骨、遊具の鉄棒など、さまざまなものに鉄が用いられている。
 
なお、鉄は、磁石に引き寄せられる。
 
== 製法 ==
[[File:Castingiron.jpg|right|100px|鉄製品の鋳造]]
鉄は鉄鉱石(てっこうせき)から製造される。鉄鉱石には酸化鉄(Ⅲ)などの鉄の酸化物とその他不純物が含まれている。鉄を取り出すために、溶鉱炉に鉄鉱石とコークス(C)、石灰石(CaCO{{sub|3}})を加え、加熱する。コークスは酸化され一酸化炭素(CO)となり、酸化鉄を還元して最終的に鉄単体とる。
ここで溶鉱炉から得られる鉄は'''銑鉄'''と呼ばれ、炭素を多く含んでいる。これは鋳物に用いられるが、もろいため建材には向かない。銑鉄とともに溶鉱炉からはスラグが得られる。鉄鉱石中にはケイ酸塩が含まれており、これと石灰石とが反応したものがスラグである。
 
ここで溶鉱炉から得られる鉄は'''銑鉄'''(せんてつ)と呼ばれ、炭素を多く含んでいる。これは鋳物に用いられるが、もろいため、実用的なには向かない。銑鉄とともに溶鉱炉からはスラグ」というものが得られる。鉄鉱石中にはケイ酸塩が含まれており、これと石灰石とが反応したものがスラグである。
銑鉄を転炉に移し、加熱して溶解しながら酸素を吹き込むと'''鋼'''が得られる。炭素の含有量が銑鉄より少なく、強靭で弾性があることから、レールや建築材などに用いられる。
 
銑鉄を転炉に移し、加熱して溶解しながら酸素を吹き込むと'''鋼'''(こう、steel)が得られる。鋼は、炭素の含有量が銑鉄より少なく、強靭で硬くて、弾性があることから、レールや建築材や構造材などに用いられる。
鉄は乾燥した空気中で安定であるが、湿った空気中では酸化されて赤さびを生じる。また、鉄の塊は空気中で燃焼しないが、スチールウールは酸素中で激しく燃焼し、酸化鉄となる。
: 3Fe + 2O{{sub|2}} → Fe{{sub|3}}O{{sub|4}}
 
は、湿った空気中では酸と反応し化され水素赤さびを生じる。、鉄の塊は空気中で燃焼ないが濃硝スチールウールはとは不動態素中で激しく燃焼し、酸化鉄となる。(酸化鉄には何種類かあり、反応しここでは覚えくてよい。
 
== 化学的な性質 ==
鉄は、酸に溶けて、水素を生じる。
: Fe + 2HCl → FeCl{{sub|2}} + H{{sub|2}}↑
 
ただし、濃硝酸では、表面に皮膜ができる不動態となり、それ以上は反応が進行しない。
 
== 鉄イオンの水溶液 ==
鉄イオンは陽イオンであるが2価と3価のものがある。価数により異なる性質をもつ。
 
=== 鉄(Ⅱ)イオン ===
鉄(Ⅱ)イオン(Fe{{sup|2+}})は淡緑色をしている。アンモニア水や水酸化ナトリウム水溶液のような塩基と反応して水酸化鉄(Ⅱ)の淡緑色沈殿を生じる。
: Fe{{sup|2+}} + 2OH{{sup|-}} → Fe(OH){{sub|2}}↓
酸化剤である過酸化水素水を加えると、イオンが酸化されてFe{{sup|3+}}となり、黄褐色の水溶液となる。
 
* ヘキサシアノ鉄(Ⅲ)酸カリウム水溶液(K{{sub|3}}[Fe(CN){{sub|6}}])をFe{{sup|2+}}水溶液に加えると、'''ターンブルブルー青'''と呼ばれる濃青色の沈殿を生じる。一方Fe{{sup|3+}}水溶液に加えると暗褐色の水溶液となる。
 
このヘキサシアノ鉄(Ⅲ)酸カリウム水溶液の反応は、鉄イオンの検出に用いられる。
 
=== 鉄(Ⅲ)イオン ===
一方、鉄(Ⅲ)イオン(Fe{{sup|3+}})は黄褐色をしている。アンモニア水や水酸化ナトリウム水溶液のような塩基と反応して水酸化鉄(Ⅲ)の赤褐色沈殿を生じる。
: Fe{{sup|3+}} + 3OH{{sup|-}} → Fe(OH){{sub|3}}↓
鉄イオンは上記の他にも次のような反応をする。これらは、鉄イオンの検出・分離に有用である。
[[File:Eisen(III)-Ionen und Thiocyanat.JPG|right|150px|鉄(Ⅲ)イオン水溶液(左)にチオシアン酸カリウム水溶液を加える(右)]]
 
* チオシアン酸カリウム水溶液(KSCN)をFe{{sup|3+}}水溶液に加えると、血赤色の水溶液となる。なお、Fe{{sup|2+}}水溶液とは反応しない。
*: Fe{{sup|3+}} + SCN{{sup|-}} → [FeSCN]{{sup|2+}}
* ヘキサシアノ鉄(Ⅱ)酸カリウム水溶液(K{{sub|4}}[Fe(CN){{sub|6}}])をFe{{sup|3+}}水溶液に加えると、'''ベルリンブルー青'''と呼ばれる濃青色の沈殿を生じる。一方Fe{{sup|2+}}水溶液に加えると青白色の沈殿を生じる。
 
* ヘキサシアノ鉄(Ⅲ)酸カリウム水溶液(K{{sub|3}}[Fe(CN){{sub|6}}])をFe{{sup|2+}}水溶液に加えると、ターンブルブルーと呼ばれる濃青色の沈殿を生じる。一方Fe{{sup|3+}}水溶液に加えると暗褐色の水溶液となる。
これらのチオシアン酸カリウム水溶液(KSCN)やヘキサシアノ鉄(Ⅲ)酸カリウム水溶液の反応は、鉄イオンの検出に用いられる。
なお、ベルリンブルーとターンブルブルーは一般に「紺青」「プルシアンブルー」などと呼ばれる顔料であり、製法により異なる名前をもつが、同一の構造をもつ物質である。
 
[[File:Eisen(II),(III).JPG|center|250px|左から、鉄(Ⅱ)イオン、ターンブルブルー、鉄(Ⅲ)イオン、ベルリンブルー]]
なお、ベルリン青とターンブル青は、色調は異なるが、同一の化合物である。
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