1. 철 (Fe, Iron)
ㅇ 지각 원소 중 산소,규소,알루미늄 다음으로 4번째 풍부한 성분
ㅇ 자연계에 존재하는 철은,
- 순수한 상태로 발견되지 않고,
- 산소와 결합한 형태의 산화철 광물(철 광석)로 존재함
ㅇ 순수한 철은,
- 광택이 나는 은백색 임
- 알루미늄 보다 더 무르지만, 탄소가 소량 섞이면 강해짐 (탄소강)
- 공기 중에서 물(수증기)과 반응하여, 쉽게 부식 됨
ㅇ 철의 응용 ☞ 철, 강, 철강 합금 참조
2. 철의 화학적 특징
ㅇ 원소 기호 : Fe
ㅇ 원자번호 : 26
ㅇ 주기율표 : 8족 4주기
ㅇ 원자량 : 55.845 [g/mol]
ㅇ 밀도 : 7.74 [g/㎤]
ㅇ 전자배위 : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2
ㅇ 녹는점 : 1,538 ℃
ㅇ 끓는점 : 2,862 ℃
ㅇ 결정구조 : BCC (체심 입방) (상온)
3. 철 동소체
ㅇ 철은, 철 동소체 (Fe)로써, 다음과 같이 3개의 고체 상을 갖을 수 있음
- 912 ℃ 이하 (α-Fe, α 철) : BCC(체심입방) 결정구조
. `알파 철 (α-Fe)` 또는 `페라이트` 라고 불리움
- 912 ~ 1400 ℃ (γ-Fe, γ 철) : FCC(면심입방) 결정구조
- 1400 ℃ 이상 (δ-Fe, δ 철) : BCC(체심입방) 결정구조
- 약 1,538 ℃(용융점) 이상 : 순철은 이 온도 이상에서 녹음(용융액)
4. 산화철, 철 산화물 (Iron Oxide)
ㅇ 철과 산소의 화합물
- 산화철(Ⅱ) : FeO, (iron monoxide, wüstite)
. 산화 제일철 / 산화 제1철 / 2 산화 1 철/일산화철/이산화철
. Fe2+ : 철(Ⅱ) 이온
- 산화철(Ⅲ) : Fe2O3, (Iron(Ⅲ) oxide, ferric oxide)
. 산화 제이철 / 산화 제2철 / 3 산화 2 철
. Fe3+ : 철(Ⅲ) 이온
. 적철석 (철강재료의 주 원료임)
- 산화철(Ⅱ,Ⅲ) : Fe3O4, (triiron tetraoxide)
. 사산화 삼철 / 4 산화 3 철
. 산화 제1철과 산화 제2철이 결합되어 있는 상태
.. 2개의 Fe3+ 이온 및 1개의 Fe2+ 이온이 있는 것으로 볼 수 있음
. 자철석 (흑색의 무거운 분말, 자발 자성을 갖는 자성 산화철 : 나침반, magnetite)
5. 산화철 광물 / 철 광석 (Iron Ore) : 철을 포함한 광석
ㅇ 철 광석 (Iron Ore)
- 40 ~ 60 % 이상의 철을 함유한 광석
. 적철 (Hematite) 광석 : Fe2O3, 40~60 (% C)
. 자철 (Magnetite) 광석 : Fe3O4, 50~70 (% C)
. 갈철 (Limonite) 광석 : Fe2O3·nH2O, 30~40 (% C)
. 능철 (Siderite) 광석 : FeCO3, 30~40 (% C)
- 이산화규소 같은 불순물이 포함됨
ㅇ 적철석 (赤鐵石) / 적철광 (赤鐵鑛) (Hematite)
- 3 산화 2 철(Ⅲ)이라하는 철 화합물
. 화학식 : Fe2O3 (3 산화 2 철)
. 몰질량 : 159.7 g/mol (Fe 55.85 g/mol, O 16.0 g/mol)
ㅇ 자철광 (磁鐵鑛, Magnetite)
- 암석,흙 등에서 붉은 빛깔을 보이는 철 광석
- 화학식 : Fe3O4
- 자철석 (흑색의 무거운 분말)
- 자발 자성을 갖음 (그 자체가 천연 자석인 자성 산화철)
- 나침반 (magnetite)에 쓰임