Ферум, або залізо, позначається символом Fe і має атомний номер 26 у періодичній таблиці. Цей металічний елемент належить до перехідних металів 8-ї групи 4-го періоду, з електронною конфігурацією [Ar] 3d6 4s2. У чистому вигляді залізо вражає сріблястим блиском, але його справжня сила розкривається в сплавах, де воно стає невід’ємною частиною мостів, автомобілів і навіть крові в наших жилах. Без феруму цивілізація просто не уявна – він формує скелет промисловості й підтримує життя на генетичному рівні.
Залізо не просто метал: це фундаментальний будівельний блок Всесвіту, від ядра Землі до гемоглобіну. Його атоми, міцні й гнучкі, дозволяють матеріалам витримувати удари й розтягування, а в біології – переносити кисень, ніби невтомні кур’єри. Розповідаю все по поличках, з деталями, які рідко згадують у шкільних підручниках.
Походження феруму: від зоряного пилу до земного серця
Ферум не народився на Землі – його кулаки зкували наднові зірки мільярди років тому, коли важкі елементи синтезувалися в екстремальних умовах. Цей процес нуклеосинтезу залишив залізо найпоширенішим металом у космосі, а на нашій планеті воно скупчилося в ядрі, що становить близько 35% маси Землі. Зовнішнє ядро – рідке залізо з домішками нікелю, генерує магнітне поле, яке захищає нас від сонячного вітру.
Перші люди зустріли залізо не в рудах, а в метеоритах – ці небесні гості дарували метеоритне залізо, яке древні єгиптяни й хетти обробляли ще 4000 років до н.е. Легендарний залізний вік почався близько 1200 р. до н.е. в Анатолії, де хетти навчилися виплавляти метал з руд у глиняних горнах. Уявіть: вогонь реве, шлак цвіте, а з печі виходить криця – суміш заліза й домішок, яку кули молотами. Цей прорив змінив зброю, інструменти й долю народів.
Назва “ферум” походить від латинського ferrum, можливо, від санскритського “ayas” – метал, або еtruscan слова. В українській “залізо” йде від праслов’янського кореня, пов’язаного з “злато” чи “сила”. Цікаво, що в Біблії залізо згадується як символ сили, а в Індії стоїть Деліський залізний стовп висотою 7 метрів, викуваний у 415 р. н.е., який досі майже не іржавіє завдяки фосфорній плівці.
Ферум у природі: скільки заліза ховає Земля
Залізо – четвертий за масовою часткою елемент у земній корі, близько 5,6%, поступаючись лише кисню (46%), кремнію (28%) та алюмінію (8,2%). Серед металів – друге місце після алюмінію. Воно розсіяне всюди: у ґрунтах 2-3%, у морській воді 0,002-0,02 мг/л, у рослинах до 0,2%. Але промислово корисні родовища – це концентровані руди.
Головні мінерали феруму перелічу для ясності:
- Гематит (Fe2O3) – червоний залізняк, 70% Fe, основна руда в Австралії, Бразилії.
- Магнетит (Fe3O4) – магнітний залізняк, 72% Fe, магнітний, добувають у Швеції, Україні (Кривий Ріг).
- Сидерит (FeCO3) – бурого кольору, 48% Fe, у Європі.
- Лимоніт (FeO(OH)·nH2O) – бурий залізняк, гідратований, до 60% Fe.
Після списку варто додати: ці руди часто супроводжуються домішками сірки, фосфору, кремнію, які видаляють на збагаченні. Україна посідає 5-6 місце у світі з запасами ~6,5 млрд т, але екологічні проблеми видобутку – ерозія кар’єрів, забруднення вод важкими металами – вимагають сучасних технологій рекультивації.
Фізичні властивості феруму: магніт, що оживає при нагріві
Чисте залізо – м’який, сріблясто-сірий метал із металевим блиском, який швидко тускніє від іржі. Воно пластичне: з 1 т заліза витягують 200 км дроту чи 500 м² листа. Густина 7,874 г/см³ робить його важким для рук, але легким для конструкцій у сплавах. Температура плавлення 1538°C, кипіння 2862°C – високі показники для металів.
Найдивовижніше – алотропні модифікації, які змінюють властивості залежно від температури. Залізо поліморфне, як хамелеон: при кімнатній – α-феррит (об’ємно-центрована кубічна ґратка, BCC), магнітний до точки Кюрі 770°C. Нагрійте до 912°C – переходить у γ-аустеніт (об’ємно-центрована гранецентрована, FCC), немагнітний, розчинник вуглецю. Вище 1394°C – δ-феррит (BCC), перед плавленням.
Ось таблиця для порівняння:
| Модифікація | Кристалічна ґратка | Температурний діапазон (°C) | Ключові властивості |
|---|---|---|---|
| α-Феррит | BCC | До 912 | Магнітний, м’який, ферромагнітик |
| γ-Аустеніт | FCC | 912–1394 | Немагнітний, пластичний, розчинник C |
| δ-Феррит | BCC | 1394–1538 | Перехідний перед плавленням |
Джерела даних: uk.wikipedia.org/wiki/Алотропи_заліза. Ці переходи критичні для термообробки сталі – загартування фіксує аустеніт, роблячи метал твердим як скеля.
Хімічні властивості заліза: від іржі до потужних реакцій
Ферум активний метал, але пасивується оксидною плівкою. Повільно реагує з киснем: 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3, утворюючи іржу – пористу FeO(OH)·nH2O, що прискорює корозію. З водою при нагріванні: 3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2.
З кислотами вивільняє водень: Fe + 2HCl → FeCl2 + H2. Витісняє слабші метали з солей, як мідь з CuSO4. Ступені окиснення: +2 (Fe2+, зелений), +3 (Fe3+, жовтий), рідко +6 (FeO42-).
Сполуки феруму – оксиди (FeO вуглистий, Fe2O3 червоний, Fe3O4 чорний магнітит), солі (FeSO4·7H2O зелений купорос для добрив, FeCl3 для води). Комплекси як ферроціанід K4[Fe(CN)6] – у блакитній фарбі Прусска.
Добування феруму та виробництво сталі: промислові гіганти
З руди до металу шлях довгий: подрібнення, збагачення (флотація, магнітна сепарація) до 65-70% Fe. У доменній печі (висота 30-40 м) кокс відновлює руду: Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2, з вапном шлаки. Виходить чавун (4% C), який у конвертерах чи елекропечах → сталь.
У 2025 р. світ виплавив 1,66 млрд т сталі (-2% р/р), Китай – 960 млн т, Індія +10%. Прогноз 2026: попит +1,3% до 1,75 млрд т (worldsteel.org). Тренди: декарбонізація – водневі редуктори замість коксу, щоб знизити CO2 на 90%.
Біологічна роль феруму: кисень у крові та ферменти
У тілі дорослого 3-5 г заліза: 65% у гемоглобіні (4 Fe на молекулу, зв’язує O2), 10% міоглобін у м’язах, 25% запас у феритині печінки. Воно в цитохромах (енергия), каталазах (розклад H2O2). Норма: 8 мг/день жінкам, 18 вагітним.
Дефіцит – залізодефіцитна анемія: втома, запаморочення, блідість, ламкі нігті. Причини: дієта, менструації, крововтрати. Надлишок (гемохроматоз) – отруєння, цироз, діабет. Продукти: печінка (20 мг/100г), шпинат, сочевиця, але засвоюється лише 10-15% з їжі.
Цікаві факти про ферум
- Залізо робить кров червоною: у гемі Fe2+ + O2 → оксигемоглобін рожевий.
- Найбільший метеорит Hoba в Намібії – 60 т чистого Fe-Ni.
- Колумбійські індіанці пили кров ягуарів за Fe, анімісти вірили, що метал – жива душа.
- У 2025 р. наночастинки Fe тестують для очищення води від арсену.
- Земне ядро: тиск 360 ГПа робить Fe твердим, як алмаз у центрі.
Ці перлини показують, як ферум переплітає космос, історію та сучасність.
Застосування феруму: від шпильок до хмарочосів
95% заліза йде на сталі: конструкційна (0,2% C), інструментальна (1% C), нержавіюча (Cr 18%, Ni 8%). Чавун – ливарний, крихкий. Феросплави (FeSi, FeMn) для легування. Чисте Fe – сердечники трансформаторів, магніти.
У медицині: препарати як Ферум лек, ін’єкції при анемії. Фарби – охри Fe2O3. Екологія: каталізатори в авто для NOx. Майбутнє – високоміцні сталі для Tesla, водневі технології H2-DRI. Екологічні виклики: видобуток руйнує 1 га/1000 т руди, але рециклінг сталі (90% в Європі) економить 75% енергії.
Ферум пульсує в кожній машині, кожній клітині – невидимий герой, що тримає світ у русі. Його магія в балансі сили й гнучкості, і з новими трендами 2026-го він тільки набирає обертів.
About the Author
