【高校化学/無機化学】鉄の性質について10分で解説！

そうだね、鉄（Fe）は地球上で非常に重要な金属で、私たちの日常生活や工業の多くに欠かせない存在だよ。鉄は周期表の8族に属する遷移金属で、主に鋼（鉄を主成分とする合金）や鉄鉱石から得られているんだ。鉄は非常に強くて加工しやすく、かつ安価だから、建築、機械、輸送、電気製品など、さまざまな分野で利用されているんだ。

鉄はそのままだと錆びやすいけど、炭素やその他の元素を混ぜて鋼にすると、強度や耐久性が大幅に向上するんだよ。また、鉄は磁性を持っていて、磁石に引き寄せられる性質があるんだ。だから、鉄は電磁石やモーターにも使われているんだよ。

鉄は、2種類のイオンを作ることができるんだ。鉄のイオンには、鉄(II)イオン（Fe²⁺）と鉄(III)イオン（Fe³⁺）があるよ。これらのイオンは、それぞれ違った化学的性質を持っていて、さまざまな化合物を作り出すんだ。

まず、鉄(II)イオン（Fe²⁺）について説明するね。鉄(II)イオンは、鉄が2つの電子を失った状態で、淡緑色をしていることが多いんだ。鉄(II)イオンは酸化されやすく、すぐに鉄(III)イオンに変わることがあるよ。例えば、鉄(II)イオンを含む代表的な化合物には、硫酸鉄(II)（FeSO₄）があるんだ。

硫酸鉄(II)は水に溶けると次のように電離するよ：FeSO₄ → Fe²⁺ + SO₄²⁻

この化合物は、鉄の補給に使われたり、農業では植物の栄養剤として使われたりすることがあるんだ。

次に、鉄(III)イオン（Fe³⁺）についても説明するね。鉄(III)イオンは、鉄が3つの電子を失った状態で、黄褐色をしていることが多いんだ。鉄(III)イオンは、酸性条件で安定しているため、酸性溶液中でよく見られるよ。代表的な化合物には、塩化鉄(III)（FeCl₃）があるんだ。

塩化鉄(III)は次のように電離するよ：FeCl₃ → Fe³⁺ + 3Cl⁻

この塩化鉄(III)は、下水処理や金属のエッチング、写真の現像にも使われるんだよ。

鉄の酸化物には、酸化鉄(II)（FeO）と酸化鉄(III)（Fe₂O₃）という2種類があるんだ。これらはそれぞれ異なる性質を持っていて、鉄がどれだけ酸化されたかによってできるんだよ。

まず、酸化鉄(II)（FeO）は、鉄(II)イオンと酸素が結びついたもので、黒い粉末状の固体だよ。これは高温で得られることが多く、化学工業で触媒や還元剤として使われることがあるんだ。

次に、酸化鉄(III)（Fe₂O₃）は、いわゆる「赤さび」の成分なんだ。これは鉄が酸素と反応して酸化された結果生じるもので、赤褐色の固体だよ。酸化鉄(III)は顔料や研磨剤として使われたり、磁気記録の材料としても利用されることがあるんだ。実際、磁鉄鉱（Fe₃O₄）という酸化鉄の一種は、磁性を持っているんだ。

そうだね。さらに、鉄は錯イオンもよく作るんだ。例えば、ヘキサアクア鉄(III)イオン [Fe(H₂O)₆]³⁺は、鉄(III)イオンが水分子と結びついてできる錯イオンだよ。この錯イオンは、鉄(III)イオンが水分子に囲まれて安定した状態になるんだ。ヘキサアクア鉄(III)イオンは、淡黄色の水溶液を作ることで知られているよ。

また、鉄はヘモグロビンの構成要素でもあるんだ。ヘモグロビンは血液中で酸素を運ぶ役割を持つたんぱく質で、鉄が中心に位置して酸素と結びつくことで、体中に酸素を供給しているんだよ。

その通り！鉄は、私たちの体の中でも、工業でも、非常に重要な役割を果たしているんだ。特に、鉄は合金として多くの場面で活用されているよ。例えば、ステンレス鋼は、鉄にクロムやニッケルを加えた合金で、錆びにくくて強いという特徴があるんだ。だから、建築材料や調理器具、医療器具として広く使われているんだよ。