Železove spojine. Železo: fizikalne in kemijske lastnosti

Prvi izdelki železa in njegovih zlitin so bili odkriti med izkopavanji in segajo v približno 4 tisočletje pr. N. Št. To pomeni, da so tudi stari Egipčani in Sumerci uporabili meteoritne depozite te snovi za izdelavo nakita in gospodinjskih predmetov ter orožja.

Danes so najpogostejše in najbolj uporabljane spojine železa različnih vrst, pa tudi čista kovina. Ni čudno, da se je dvajsetega stoletja štelo za železo. Navsezadnje, pred prihodom in široko distribucijo plastičnih in sorodnih materialov je bila ta povezava odločilnega pomena za človeka. Kaj je ta element in kakšne snovi je, bomo v tem članku obravnavali.

Kemični element železa

Če upoštevamo strukturo atoma, moramo najprej navesti svoje lokacije v periodični tabeli.

1. Serijska številka je 26.
2. Obdobje je četrta velika.
3. Skupina je osma, podskupina je sekundarna.
4. Atomska teža je 55.847.
5. Strukturo zunanje elektronske lupine označujemo s formulo 3d⁶4s².
6. Simbol kemijskega elementa je Fe.
7. Ime je železo, branje v formuli je ferrum.
8. V naravi obstajajo štirje stabilni izotopi obravnavanega elementa z masnimi številkami 54, 56, 57, 58.

Kemični element železa ima tudi okoli 20 različnih izotopov, ki jih stabilnost ne razlikuje. Možna oksidacija navaja dan atom lahko kaže:

• 0;
• +2;
• +3;
• +6.

Pomembno je ne samo element sam, ampak tudi njegove različne spojine in zlitine.

Fizične lastnosti

Kot preprosta snov, železo fizične lastnosti ima izrazit metalizem. To pomeni, da je srebrno bela s sivim odtenkom iz kovine, ki ima visoko stopnjo duktilnosti in plastičnosti ter visoko talilno in vrelišče. Če podrobneje razmislimo o značilnostih, potem:

• tališče 1539 ⁰C;
• vrelišče - 2862 ⁰C;
• dejavnost - povprečna;
• visoka odpornost;
• kaže izrazite magnetne lastnosti.

Glede na pogoje in različne temperature obstaja več modifikacij, ki sestavljajo železo. Njihove fizikalne lastnosti se razlikujejo od dejstva, da se kristalne rešetke razlikujejo.

1. Alfa-oblika ali ferit obstaja do temperature 769 ⁰C.
2. Od 769 do 917 ⁰C - beta oblika.
3. 917-1394 ⁰C je gama oblika ali austenit.
4. Več kot 1394 ⁰C je sigma-železo.

   

Vse modifikacije imajo različne vrste strukture kristalne rešetke, prav tako se razlikujejo po magnetnih lastnostih.

Kemijske lastnosti

Kot je bilo že omenjeno, enostavna snov, železo, kaže povprečno kemijsko aktivnost. Vendar pa je v fino disperziranem stanju sposobna samovnetiti v zraku, v čistem kisiku pa zgoreva kovina.

Korozivnost je visoka, zato so zlitine te snovi prevlečene z dopingnimi spojinami. Železo lahko vpliva na:

• kisline;
• kisik (vključno z zrakom);
• siva;
• halogeni;
• pri segrevanju - z dušikom, fosforjem, ogljikom in silicijom;
• s solmi manj aktivnih kovin, ki jih obnavljamo na preproste snovi;
• z ostro vodno paro;
• z železnimi solmi v oksidacijskem stanju +3.

Očitno je, da pri izkazovanju take aktivnosti kovina tvori različne spojine, različne in polarne v lastnostih. To se zgodi. Železo in njegove spojine so zelo raznolike in najdejo uporabo v najrazličnejših panogah znanosti, tehnologije in industrijske dejavnosti človeka.

Distribucija v naravi

Naravne spojine železa se pojavljajo precej pogosto, ker je to drugi najpogostejši element na našem planetu po aluminiju. V tej čisti kovina je izredno redka, v sestavi meteoritov, ki govori o velikih grozdih v vesolju. Glavna masa je sestavljena iz sestave rud, kamnin in mineralov.

Če govorimo o odstotni vsebini zadevnega elementa v naravi, je mogoče navesti naslednje številke.

1. Jedro zemeljskih planetov je 90%.
2. V zemeljski skorji 5%.
3. V plašču Zemlje - 12%.
4. V Zemeljskem jedru - 86%.
5. V rečni vodi - 2 mg / l.
6. V morju in morju - 0,02 mg / l.

Najpogostejše železove spojine sestavljajo naslednji minerali:

• magnetit;
• limonit ali rjava železova ruda;
• vivianit;
• pirohotit;
• pirit;
• siderit;
• marcasite;
• lelitis;
• misikel;
• milanterit in drugi.

Še vedno je daleč ni popolna seznam, ker so res zelo številni. Poleg tega so mnoge zlitine, ki jih ustvarja človek, zelo razširjene. To so tudi takšne železne spojine, brez katerih je težko predstavljati sodobno življenje ljudi. Obstajata dve glavni vrsti:

• likalniki;
• jeklo.

Prav tako je železo dragocen dodatek v sestavi številnih zlitin niklja.

Spojine železa (II)

Ti vključujejo tiste, v katerih je oksidacijsko stanje oblikovalnega elementa +2. Veliko jih je, ker vključujejo:

• oksid;
• hidroksid;
• binarne povezave;
• kompleksne soli;
• kompleksne spojine.

Formule kemičnih spojin, v katerih železo kažejo to stopnjo oksidacije, so posamezne za vsak razred. Razmislite o najpomembnejših in najpogostejših.

1. Železov oksid (II). Prašek je čren, se ne raztopi v vodi. Narava povezave je osnovna. Lahko se hitro oksidira, vendar ga je mogoče preprosto obnoviti tudi v preprosto snov. Raztopi se v kislinah, tvorijo ustrezne soli. Formula je FeO.
2. Železov hidroksid (II). To je bela amorfna oborina. Nastaja z reakcijo soli z bazami (alkalijami). Ima slabe osnovne lastnosti, lahko hitro oksidira na zraku spojine železa +3. Formula je Fe (OH)₂.
3. Soli elementa v označenem oksidacijskem stanju. Ponavadi imajo bledo zeleno barvo raztopine, dobro oksidirajo tudi v zraku, temno rjave barve in prehajanje v železove soli 3. Raztopimo v vodi. Primeri spojin: FeCL₂, FeSO₄, Fe (NO₃)₂.

   

Praktična vrednost med navedenimi snovmi ima več spojin. Najprej, železov klorid (II). To je glavni dobavitelj ionov človeškemu telesu, anemičnemu pacientu. Kadar se pri bolniku diagnosticira takšna bolezen, za to predpisujejo zapletene pripravke, ki temeljijo na zadevni spojini. Tako se v telesu napolni pomanjkanje železa.

Drugič, železov vitriol, to je železov sulfat (II), skupaj z bakrom se uporablja za uničevanje kmetijskih škodljivcev v pridelkih. Metoda dokazuje svojo učinkovitost ne prvih deset let, zato jo zelo cenijo vrtnarji in kmetje.

Mora sol

To spojino, ki je kristalni hidrat železovega sulfata in amonija. Njegova formula je napisana kot FeSO₄* (NH₄)₂Tako₄* 6H₂O. Ena od spojin železa (II), ki se v praksi pogosto uporablja. Glavna področja človeške uporabe so naslednja.

1. Farmacevtski izdelki.
2. Znanstvene raziskave in laboratorijske titrimetrične analize (za določanje vsebnosti kroma, kalijevega permanganata, vanadija).
3. Medicina - kot dodatek hrani s pomanjkanjem železa v bolnikovem telesu.
4. Za impregnacijo lesenih izdelkov, kot Mohrova sol, ščiti pred propadanjem.

Obstajajo tudi druga področja, na katerih ta snov najde aplikacijo. Njegovo ime je prejel v čast nemškega kemika, ki je prvič odkril manifestirane lastnosti.

Snovi s stopnjo oksidacije železa (III)

Lastnosti spojin železa, v katerih kaže stopnja oksidacije +3, so nekoliko drugačne od tistih, ki so obravnavane zgoraj. Tako narava ustreznega oksida in hidroksida ni več osnovna, ampak izrazita amfoterična. Opisujemo glavne snovi.

1. Železov oksid (III). Prašek je majhen-kristalen, rdeče-rjave barve. Ne raztopi v vodi, ima izrazito kisle lastnosti, bolj amfoterne. Formula: Fe₂O₃.
2. Železov hidroksid (III). Snov, oborjena z delovanjem alkalij na ustrezne železove soli. Njegov značaj je izražen amfoteričen, barva je rjavkasto rjava. Formula: Fe (OH)₃.
3. Soli, ki vključujejo kation Fe³⁺. Odlikuje se takšen set, razen karbonata, saj se pojavi hidroliza in izpust ogljikovega dioksida. Primeri formul za nekatere soli: Fe (NO₃)₃, Fe₂(SO₄)₃, FeCL_3, FeBr₃ in drugi.

   

Med primeri, s praktičnega stališča, je tak kristalni hidrat kot FeCL_{3 *}6H₂O ali železov (III) heksahidroklorid. Uporablja se v medicini, da preneha krvavitev in dopolnjuje ione železa v telesu z anemijo.

Devet železovega železovega sulfata (III) se uporablja za čiščenje pitne vode, saj deluje kot koagulant.

Spojine železa (VI)

Formule kemijskih spojin železa, kjer ima posebno stopnjo oksidacije +6, lahko zapišemo na naslednji način:

• K₂FeO₄;
• Na₂FeO₄;
• MgFeO₄ in drugi.

Vsi imajo skupno ime - ferat - in imajo podobne lastnosti (močna reducenta). Prav tako lahko dezinficirajo in imajo baktericidni ucinek. To jim omogoča, da se uporabljajo za čiščenje pitne vode v industrijskem obsegu.

Kompleksne povezave

Zelo pomembne so v analizni kemiji in niso samo posebne snovi. Taki, ki se tvorijo v vodnih raztopinah soli. To so kompleksne spojine železa. Najbolj priljubljeni in dobro preučeni so naslednji.

1. Kalijev heksacianoferrat (II) K₄[Fe (CN)₆]. Drugo ime za spojino je rumena sol krvi. Uporablja se za kvalitativno določanje železa Fe v raztopini³⁺. Zaradi akcije rešitev postane čudovita svetla modra barva, saj se oblikuje še en kompleks - Berlin Azure KFe³⁺[Fe²⁺(CN)₆]. Od takrat je bil uporabljen barvilo za tkanine.
2. Kalijev heksacianoferrat (III) K₃[Fe (CN)₆]. Drugo ime je sol rdeče krvi. Uporablja se kot kvalitativni reagent za določanje železovega iona Fe²⁺. Zaradi tega nastane modra oborina, imenovana turbo modra. Uporablja se tudi kot barvilo za tkanine.

Železo v sestavi organskih snovi

Železo in njegove spojine so, kot smo že videli, zelo pomembne v gospodarskem življenju človeka. Poleg tega njegova biološka vloga v telesu ni nič manj velika, tudi nasprotno.

Obstaja ena zelo pomembna organska spojina, beljakovine, ki vključuje ta element. To je hemoglobin. Zahvaljujoč mu je, da se prevaža kisik in izvede enotna in pravočasna izmenjava plina. Zato je vloga železa v vitalnem procesu dihanja preprosto ogromna.

Samo znotraj človeško telo vsebuje približno 4 gramov železa, ki jih je treba nenehno dopolnjevati s hrano porabi.