教室ジモトで頑張る大人たちと子供たちをつなぐシステムを創る。鉄は日常生活において非常によく使われている金属です。自然界において、鉄は鉄のまま存在しているわけではありません。地球(地殻やマントルも含め)には約35%の鉄原子が含まれます。これらは酸化鉄として自然界に存在します。いうと鉄鉱石の中にあります。鉄鉱石(酸化鉄)には2種類あります。1つは化学式で「Fe2O3」と書かれる赤鉄鉱。1つは化学式で「Fe3O4」と書かれる磁鉄鉱。現代では、赤鉄鉱Fe2O3を使って製鉄(鉄を取り出す)のが主流です。鉄の精錬のしくみではそのしくみを見ていきましょう。赤鉄鉱Fe2O3から鉄Feを取り出すには、還元の化学変化を利用します。中学で学習する還元と言えば酸化銅の炭素による還元が真っ先に浮かびます。赤鉄鉱Fe2O3から鉄Feを還元するのにも、炭素Cを利用します。実際には炭素のままではなく、一酸化炭素COに変えてから還元反応を起こします。赤鉄鉱Fe2O3の還元には、溶鉱炉を利用します。溶鉱炉に赤鉄鉱Fe2O3とコークスを入れます。(※コークスとは石炭を乾留(蒸し焼きのこと)し、炭素のみにしたもの。要は炭素Cだと思ってください。)ほかにも石灰石CaCO3を入れておきます。溶鉱炉で起こる反応まず溶鉱炉では炭素Cが燃焼します。(炭素の(完全)燃焼)また石灰石が熱風により分解されます。(石灰石の分解)12で生じた二酸化炭素CO2はコークスCと反応し、一酸化炭素COへと変化します。・・・33で生じた一酸化炭素COが赤鉄鉱Fe2O3の還元に使われます。Feと段階的に還元されます。・・・4※Fe2O3が還元され、一方でCOは酸化されてCO2へと変化。・・・5※Fe3O4が還元され、一方でCOは酸化されてCO2へと変化。・・・5※FeOが還元され、一方でCOは酸化されてCO2へと変化。連立方程式の加減法のように「5の両辺を2倍したもの」と「4」とを足してみます。Fe3O4の係数をそろえるのです。・・・7という反応式が得られました。次に「6の両辺を2倍したもの」と「7」を足します。FeOの係数をそろえます。以上から次の反応式が得られます。・・・8この8式が4~5をまとめたものになります。このようにして溶鉱炉の中で鉄Feができるのです。溶鉱炉でできた鉄には炭素が混ざっており、硬くてもろいという性質があります。(少し力を加えただけでくずれて、金属本来の性質である展性・延性がない)この様な鉄を銑鉄(せんてつ)といいます。最後に銑鉄から炭素を取りのぞき、鉄の純度を上げていかなければなりません。そのために転炉(てんろ)というところに銑鉄を入れます。(銑鉄は融解しておく)そこに炭素を吹き込み、炭素を酸化します。することで銑鉄から不純物である炭素を取りのぞきます。このとき得られた、純度の高い鉄を特に鋼(こう)といいます。以上のようなしくみで、鉄鉱石から鉄を取り出します。まとめ溶鉱炉の中に酸化鉄Fe2O3・コークスCを入れて以下の式のような反応を起こす。CO2この結果、得られた鉄は炭素を含んでいる。これを銑鉄といい、もろい。そのため、転炉で酸素を吹き込んで、混ざっている炭素を酸化する。このようにして純度の高い鉄を得る。-・鉄の単体は自然界にはあまり存在しない。・鉄鉱石中の酸化鉄をコークスで還元して、鉄の単体を得る。