17. д - елементи Желязо, обща характеристика, свойства. Оксиди и хидроксиди, характеристики на CO и OM, биороля, способност за комплексообразуване.

1. Обща характеристика.

Желязо - d-елемент от вторичната подгрупа на осма група от четвъртия период на PSCE с атомен номер 26.

Един от най-често срещаните метали в земната кора (на второ място след алуминия).

Просто вещество желязото е ковък сребрист метал бял цвятс висока химическа реактивност: глади бързо корозирапри високи температури или висока влажност на въздуха.

4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3

В чист кислород желязото гори, а във фино диспергирано състояние се запалва спонтанно във въздуха.

3Fe + 2O2 = FeO + Fe2O3

3Fe + 4H2O = FeO*Fe2O3

FeO*Fe2O3 = Fe3O4 (желязна скала)

Всъщност желязото обикновено се нарича неговите сплави с ниско съдържание на примеси (до 0,8%), които запазват мекотата и пластичността на чистия метал. Но на практика по-често се използват сплави на желязо с въглерод: стомана (до 2,14 тегл.% въглерод) и чугун (повече от 2,14 тегл.% въглерод), както и неръждаема (легирана) стомана с добавяне на легиране метали (хром, манган, никел и др.). Комбинацията от специфичните свойства на желязото и неговите сплави го правят "метал No1" по значимост за човека.

В природата желязото се среща рядко в чиста форма, най-често се среща в състава на желязо-никелови метеорити. Разпространението на желязото в земната кора е 4,65% (4-то място след O, Si, Al). Смята се също, че желязото съставлява по-голямата част от земното ядро.

2.Свойства

1.Физически Св.Желязото е типичен метал, в свободно състояние е сребристо-бял цвят със сивкав оттенък. Чистият метал е пластичен, различни примеси (по-специално въглерод) увеличават неговата твърдост и крехкост. Има изразени магнитни свойства. Често се разграничава така наречената "желязна триада" - група от три метала (желязо Fe, кобалт Co, никел Ni), които имат сходни физични свойства, атомни радиуси и стойности на електроотрицателност.

2.острови Chemical St.

Степен на окисление	Оксид	Хидроксид	Характер	Бележки
			Слабо основен
			Много слаба основа, понякога амфотерна
	Не е получено	*	киселина	Силен окислител

За желязото са характерни степени на окисление на желязото - +2 и +3.

Степента на окисление +2 съответства на черен оксид FeO и зелен хидроксид Fe(OH) 2 . Те са основни. В солите Fe(+2) присъства като катион. Fe(+2) е слаб редуциращ агент.

+3 степени на окисление съответстват на червено-кафяв Fe 2 O 3 оксид и кафяв Fe (OH) 3 хидроксид. Те са амфотерни по природа, въпреки че техните киселинни и основни свойства са слабо изразени. И така, Fe 3+ йони са напълно хидролизирандори в кисела среда. Fe (OH) 3 се разтваря (и дори тогава не напълно), само в концентрирани алкали. Fe 2 O 3 реагира с алкали само когато се стопи, давайки ферити(формални соли на киселина, която не съществува в свободна форма на киселина HFeO 2):

Желязото (+3) най-често проявява слаби окислителни свойства.

Степените на окисление +2 и +3 лесно преминават помежду си, когато редокс условията се променят.

Освен това има Fe 3 O 4 оксид, формалното състояние на окисление на желязото, в което е +8/3. Този оксид обаче може да се разглежда и като железен (II) ферит Fe +2 (Fe +3 O 2) 2 .

Има и степен на окисление +6. Съответният оксид и хидроксид не съществуват в свободна форма, но са получени соли - ферати (например K 2 FeO 4). Желязото (+6) е в тях под формата на анион. Фератите са силни окислители.

Чистото метално желязо е стабилно във вода и в разредени разтвори. алкали. Желязото не се разтваря в студена концентрирана сярна и азотна киселина поради пасивирането на металната повърхност със силен оксиден филм. Горещата концентрирана сярна киселина, като по-силен окислител, взаимодейства с желязото.

ОТ солнаи разреден (около 20%) сярна киселинижелязото реагира, за да образува железни (II) соли:

Когато желязото реагира с приблизително 70% сярна киселина при нагряване, реакцията протича с образуването железен (III) сулфат:

3. Оксиди и хидроксиди, CO и OM char-ka ...

Съединения на желязо(II).

Железният оксид (II) FeO има основни свойства, съответства на основата Fe (OH) 2. Солите на желязото (II) имат светлозелен цвят. Когато се съхраняват, особено във влажен въздух, те стават кафяви поради окисление до желязо (III). Същият процес протича при съхранение на водни разтвори на соли на желязо (II):

От соли на желязо(II) до водни разтвористабилен морска сол- двоен амониев и железен (II) сулфат (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O.

Реагентът за Fe 2+ йони в разтвор може да бъде калиев хексацианоферат (III)К3 (червена кръвна сол). Когато Fe 2+ и 3− йони взаимодействат, се образува утайка търнбул синьо:

За количествено определяне на желязо (II) в разтвор, използвайте фенантролин, който образува червен комплекс FePhen 3 с желязо (II) в широк диапазон на pH (4-9)

Съединения на желязо(III).

Железен (III) оксид Fe 2 O 3 слабо амфотерен, то съответства на дори по-слаба от Fe (OH) 2, основа Fe (OH) 3, която реагира с киселини:

Fe 3+ солите са склонни да образуват кристални хидрати. При тях йонът Fe 3+ обикновено е заобиколен от шест водни молекули. Такива соли са розови или лилави на цвят.Йонът Fe 3+ се хидролизира напълно дори в кисела среда. При рН>4 този йон е почти напълно утаен под формата на Fe (OH) 3:

При частична хидролиза на йона Fe 3+ се образуват полиядрени оксо- и хидроксокации, поради което разтворите стават кафяви.Основните свойства на железния (III) хидроксид Fe (OH) 3 са много слабо изразени. Той може да реагира само с концентрирани алкални разтвори:

Получените железни (III) хидроксокомплекси са стабилни само в силно алкални разтвори. Когато разтворите се разреждат с вода, те се разрушават и Fe (OH) 3 се утаява.

Когато се слее с основи и оксиди на други метали, Fe 2 O 3 образува различни ферити:

Съединенията на желязото (III) в разтвори се редуцират от метално желязо:

Желязото (III) е способно да образува двойни сулфати с единичен заряд катиониТип стипца, например KFe (SO 4) 2 - калиево-желязна стипца, (NH 4) Fe (SO 4) 2 - желязо-амониева стипца и др.

За качествено откриване на съединения на желязо (III) в разтвор се използва качествена реакция на Fe 3+ йони с тиоцианатни йони SCN − . Когато Fe 3+ йони взаимодействат с SCN - аниони, се образува смес от яркочервени железни тиоцианатни комплекси 2+ , + , Fe(SCN) 3 , -. Съставът на сместа (а оттам и интензивността на нейния цвят) зависи от различни фактори, така че този метод не е приложим за точното качествено определяне на желязото.

Друг висококачествен реагент за Fe 3+ йони е калиев хексацианоферат(II)К 4 (жълта кръвна сол). Когато Fe 3+ и 4− йони взаимодействат, се образува яркосиня утайка пруско синьо:

Съединения на желязо(VI).

ферати- соли на желязната киселина H 2 FeO 4, които не съществуват в свободна форма. Това са виолетови съединения, напомнящи перманганати по окислителни свойства и сулфати по разтворимост. Фератите се получават при действието на газообразни хлорили озонвърху суспензия на Fe (OH) 3 в основа , например, калиев ферат (VI) K 2 FeO 4 . Фератите са оцветени в лилаво.

Може да се получат и ферати електролиза 30% алкален разтвор върху железен анод:

Фератите са силни окислители. В кисела среда те се разлагат с отделяне на кислород:

Използват се окислителните свойства на фератите дезинфекция на водата.

4.Биорол

1) В живите организми желязото е важен микроелемент, който катализира процесите на обмен на кислород (дишане).

2) Желязото обикновено се включва в ензимите под формата на комплекс.По-специално, този комплекс присъства в хемоглобина, най-важният протеин, който осигурява транспорта на кислород с кръвта до всички органи на хората и животните. И именно той оцветява кръвта в характерен червен цвят.

4) Прекомерната доза желязо (200 mg и повече) може да има токсичен ефект. Предозирането на желязо потиска антиоксидантната система на организма, така че не се препоръчва употребата на железни препарати от здрави хора.

Първите продукти от желязо и неговите сплави са открити по време на разкопки и датират от около 4-то хилядолетие пр.н.е. Тоест дори древните египтяни и шумери са използвали метеоритни находища на това вещество за направата на бижута и предмети от бита, както и оръжия.

Днес различни видове железни съединения, както и чист метал, са най-разпространените и използвани вещества. Нищо чудно, че 20-ти век се смяташе за железен. В края на краищата, преди появата и широкото използване на пластмасата и свързаните с нея материали, това съединение беше от решаващо значение за хората. Какъв е този елемент и какви вещества образува, ще разгледаме в тази статия.

Химически елемент желязо

Ако разгледаме структурата на атома, тогава на първо място трябва да посочим местоположението му в периодичната система.

Пореден номер - 26.
Периодът е четвъртият голям.
Осмата група, вторичната подгрупа.
Атомното тегло е 55,847.
Структурата на външната електронна обвивка се обозначава с формулата 3d 6 4s 2 .
- Fe.
Името е желязо, четенето във формулата е "ферум".
В природата има четири стабилни изотопа на въпросния елемент с масови числа 54, 56, 57, 58.

Химическият елемент желязо също има около 20 различни изотопа, които не са стабилни. Възможните степени на окисление, които даден атом може да прояви, са:

Важен е не само самият елемент, но и неговите различни съединения и сплави.

Физични свойства

Като просто вещество желязото има изразена металичност. Тоест, това е сребристо-бял метал със сив оттенък, който има висока степен на пластичност и пластичност и висока точка на топене и кипене. Ако разгледаме характеристиките по-подробно, тогава:

точка на топене - 1539 0 С;
кипене - 2862 0 С;
активност - средна;
огнеупорност - висока;
проявява изразени магнитни свойства.

В зависимост от условията и различните температури има няколко модификации, които образува желязото. Физични свойствате се различават от това, че кристалните решетки се различават.

Всички модификации имат различни видове структура на кристални решетки и също се различават по магнитни свойства.

Химични свойства

Както бе споменато по-горе, простото вещество желязо проявява средна химическа активност. Въпреки това, във фино диспергирано състояние, той е способен да се самозапалва във въздуха, а самият метал изгаря в чист кислород.

Корозионната способност е висока, така че сплавите на това вещество са покрити с легиращи съединения. Желязото може да взаимодейства с:

киселини;
кислород (включително въздух);
сив;
халогени;
при нагряване - с азот, фосфор, въглерод и силиций;
със соли на по-малко активни метали, редуциращи ги до прости вещества;
с остра водна пара;
с железни соли в степен на окисление +3.

Очевидно е, че проявявайки такава активност, металът е в състояние да образува различни съединения, различни и полярни по свойства. И така става. Желязото и неговите съединения са изключително разнообразни и се използват в различни отрасли на науката, технологиите и промишлената човешка дейност.

Разпространение в природата

Естествените съединения на желязото са доста разпространени, защото е вторият най-често срещан елемент на нашата планета след алуминия. В същото време в чист вид металът е изключително рядък като част от метеорити, което показва големите му натрупвания в космоса. Основната маса се съдържа в състава на рудите, скалии минерали.

Ако говорим за процентното съдържание на въпросния елемент в природата, тогава могат да се дадат следните цифри.

Ядрата на планетите от земния тип - 90%.
В земната кора - 5%.
В мантията на Земята – 12%.
В земното ядро - 86%.
В речна вода - 2 mg/l.
В моретата и океаните - 0,02 mg/l.

Най-често срещаните железни съединения образуват следните минерали:

магнетит;
лимонит или кафява желязна руда;
вивианит;
пиротин;
пирит;
сидерит;
марказит;
лелингит;
миспикел;
милантерит и др.

Това все още е дълъг списък, защото наистина са много. Освен това са широко разпространени различни сплави, създадени от човека. Това също са такива железни съединения, без които е трудно да си представим модерен животот хора. Те включват два основни типа:

чугуни;
да стане.

Желязото също е ценна добавка към много никелови сплави.

Съединения на желязо(II).

Те включват тези, при които степента на окисление на образуващия елемент е +2. Те са доста многобройни, тъй като включват:

оксид;
хидроксид;
бинарни съединения;
комплексни соли;
комплексни съединения.

Формулите на химичните съединения, в които желязото проявява посочената степен на окисление, са индивидуални за всеки клас. Помислете за най-важните и често срещани от тях.

Железен(II) оксид.Черен прах, неразтворим във вода. Естеството на връзката е основно. Способен обаче бързо да се окислява и да се възстановява просто веществосъщо може лесно. Разтваря се в киселини, за да образува съответните соли. Формула - FeO.
Железен(II) хидроксид.Представлява бяла аморфна утайка. Образува се при взаимодействието на соли с основи (алкали). Той показва слаби основни свойства, способен е бързо да се окислява във въздуха до железни съединения +3. Формула - Fe (OH) 2.
Солите на даден елемент в определеното състояние на окисление.Като правило те имат бледозелен цвят на разтвора, окисляват се добре дори във въздуха, придобиват и се превръщат в железни соли 3. Те се разтварят във вода. Примери за съединения: FeCL2, FeSO4, Fe(NO3)2.
Няколко съединения са от практическо значение сред посочените вещества. Първо, (II). Това е основният доставчик на йони за човешкото тяло с анемия. Когато такова заболяване се диагностицира при пациент, му се предписват комплексни препарати, които се основават на въпросното съединение. Така се попълва недостигът на желязо в организма.
На второ място, железен (II) сулфат, заедно с мед, се използва за унищожаване на селскостопански вредители в културите. Методът доказва своята ефективност повече от дузина години, поради което е много ценен от градинари и градинари.
Мора сол
Това е съединение, което е кристален хидрат на желязо и амониев сулфат. Формулата му е написана като FeSO 4 * (NH 4) 2 SO 4 * 6H 2 O. Едно от съединенията на желязото (II), което е широко използвано в практиката. Основните области на употреба от човека са следните.
1. Фармацевтика.
2. Научни изследвания и лабораторни титриметрични анализи (за определяне съдържанието на хром, калиев перманганат, ванадий).
3. Лекарство - като добавка към храната с липса на желязо в тялото на пациента.
4. За импрегниране на дървени изделия, тъй като солта Mora предпазва от процеси на гниене.
Има и други области, в които това вещество намира приложение. Името си получи в чест на немския химик, който пръв откри проявените свойства.
Вещества със степен на окисление на желязо (III)
Свойствата на железните съединения, в които то проявява степен на окисление +3, са малко по-различни от тези, обсъдени по-горе. По този начин природата на съответния оксид и хидроксид вече не е основна, а ясно изразена амфотерна. Даваме описание на основните вещества.

Сред дадените примери от практическа гледна точка важен е такъв кристален хидрат като FeCL 3 * 6H 2 O или железен (III) хлорид хексахидрат. Използва се в медицината за спиране на кървенето и попълване на железните йони в тялото при анемия.
Железен (III) сулфат пентахидрат се използва за пречистване на питейна вода, тъй като действа като коагулант.
Съединения на желязо(VI).
Формулите на химичните съединения на желязото, където то проявява специална степен на окисление +6, могат да бъдат записани, както следва:
- K2FeO4;
- Na2FeO4;
- MgFeO 4 и др.
Всички те имат общо наименование - ферати - и имат подобни свойства (силни редуциращи агенти). Те също така са в състояние да дезинфекцират и имат бактерициден ефект. Това им позволява да се използват за обработка на питейна вода в индустриален мащаб.
Комплексни съединения
много важен в аналитична химияи не само са специални вещества. Тези, които се образуват във водни разтвори на соли. Това са сложни съединения на желязото. Най-популярните и добре проучени от тях са следните.
1. Калиев хексацианоферат (II) K 4 .Друго име на съединението е жълта кръвна сол. Използва се за качествено определяне на железен йон Fe 3+ в разтвор. В резултат на експозицията разтворът придобива красив ярко син цвят, тъй като се образува друг комплекс - пруско синьо KFe 3+. От древни времена се използва като
2. Калиев хексацианоферат (III) K 3 .Друго име е червена кръвна сол. Използва се като качествен реагент за определяне на железни йони Fe 2+ . В резултат на това се образува синя утайка, която се нарича Turnbull blue. Използва се и като боя за тъкани.
Желязо в органични вещества
Желязото и неговите съединения, както вече видяхме, имат голямо практическо значение в стопанския живот на човека. Въпреки това, в допълнение към това, неговата биологична роляв тялото е не по-малко страхотно, дори напротив.
Има един много важен протеин, който включва този елемент. Това е хемоглобинът. Благодарение на него се транспортира кислород и се извършва равномерен и навременен газов обмен. Следователно ролята на желязото в жизненоважния процес - дишането - е просто огромна.
Общо човешкото тяло съдържа около 4 грама желязо, което трябва постоянно да се попълва чрез консумираната храна.

Fe 2 (SO 4) 3 мол. в. 399,88

Fe 2 (SO 4) 3 9H 2 O мол. в. 562.02

Имоти

Безводен реагент - бял или жълтеникав прах, разтварящ се във въздуха до кафява течност. Пл. 3,097 g/cm3.

Fe 2 (SO 4) 3 9H 2 O кристален хидрат - кристално вещество, мн. 2,1 g/cm3. Солта е способна да образува много концентрирани водни разтвори (при 20 ° C, 440 g Fe 2 (SO 4) 3 9H 2 O се разтварят в 100 g вода), но разтварянето е бавно; разтворим в етилов алкохол, неразтворим в концентрирана H 2 SO 4 . Водният разтвор поради хидролиза (образуване на Fe (OH) 3 зол) е оцветен в червено-кафяво, добавянето на H 2 SO 4 потиска хидролизата и разтворът става почти безцветен. Когато разреден разтвор се вари, основната сол се утаява.

готвене

1. Железен (III) сулфат може да се получи чрез разтваряне на железен (III) хидроксид в сярна киселина:

Fe (NO 3) 3 + 3NH 4 OH \u003d 3NH 4 NO 3 + Fe (OH) 3 в

2Fe(OH) 3 + 3H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O

В разтвор от 50 g Fe (NO) 3 9H 2 O (p.) В 50 ml гореща вода се излива 65-70 ml NH 4 OH (аналитичен клас или h., pl. 0,91). Утайката от Fe(OH) 3 бързо се промива чрез декантиране с гореща вода, докато пълно отсъствие NO 3 - в промивни води (проба с дифениламин).

Мократа утайка от Fe(OH) 3 се прехвърля в порцеланова чаша, добавят се 9 ml H 2 SO 4 (химически чиста, pl. 1.84) и се загряват 1-2 часа, като се разбъркват често, докато утайката е почти пълна разтворени. Разтворът се филтрува, към филтрата се добавя 1 капка H 2 SO 4 и се изпарява до консистенция на гъст сироп (обемът на останалата течност трябва да бъде около 50 ml). Разтворът се посява (кристал от Fe 2 (SO 4) 3 ·9H 2 O) и се оставя за един ден за кристализация. Кристалите се изсмукват на фуния на Бюхнер и се сушат върху стъклена плоча при 50-60°С.

Добив 40 g (80%). Полученият препарат обикновено отговаря на реагента с аналитична чистота.

2. Препарат със същата чистота може да се получи чрез окисляване на железен (II) сулфат с азотна киселина:

2FeSO 4 + H 2 SO 4 + 2HNO 3 \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + 2NO 2 b + 2H 2 O

Работата трябва да се извършва при теглене.

В разтвор от 85 g FeSO 4 7H 2 O (аналитичен клас), загрят до 70 ° C в 110 ml вода, 8 ml H2SO4 (аналитичен клас, пл. 1,84) се излива на малки порции ( пазете се от пръски!) и след това 100 ml HNO 3 (аналитичен клас, пл. 1.35), поддържайки температурата на разтвора при 95-100 °C. Степента на окисление на Fe 2+ в Fe 3+ се проверява чрез проба с K 3 (Fe (CN) 6) (при пълно окисление не трябва да има синьо оцветяване).

Разтворът се филтрира, към филтрата се добавят 4 ml H2SO4 и се изпарява до образуване на вискозна пастообразна маса, като температурата й достигне 120 °C. Масата се охлажда до 45-50 °C, утаените кристали се изсмукват на фуния на Бюхнер и се сушат при температура не по-висока от 65 °C.

Желязото е осмият елемент от четвъртия период в периодичната таблица. Номерът му в таблицата (наричан още атомен) е 26, което съответства на броя на протоните в ядрото и електроните в електронна обвивка. Обозначава се с първите две букви от латинския му еквивалент - Fe (лат. Ferrum - чете се като "ferrum"). Желязото е вторият най-често срещан елемент в земната кора, процентът е 4,65% (най-често срещаният е алуминият, Al). В естествената си форма този метал е доста рядък, по-често се добива от смесена руда с никел.

Във връзка с

Какво е естеството на това съединение? Желязото като атом се състои от метална кристална решетка, която осигурява твърдостта на съединенията, съдържащи този елемент, и молекулната стабилност. Именно във връзка с това този метал е типично твърдо тяло, за разлика например от живака.

Желязото като просто вещество- сребрист метал с характерни за тази група елементи свойства: ковкост, метален блясък и пластичност. Освен това желязото има висока реактивност. Последното свойство се доказва от факта, че желязото корозира много бързо при наличие на висока температура и подходяща влажност. В чист кислород този метал гори добре и ако се натроши на много малки частици, те не само ще горят, но и ще се запалят спонтанно.

Често наричаме желязото не чист метал, а неговите сплави, съдържащи въглерод ©, например стомана (<2,14% C) и чугун (>2,14% С). Също така от голямо промишлено значение са сплавите, към които се добавят легиращи метали (никел, манган, хром и други), поради което стоманата става неръждаема, т.е. легирана. Така въз основа на това става ясно какво широко индустриално приложение има този метал.

Характеристика Fe

Химични свойства на желязото

Нека разгледаме по-отблизо характеристиките на този елемент.

Свойства на просто вещество

Окисляване във въздуха при висока влажност (корозивен процес):

4Fe + 3O2 + 6H2O \u003d 4Fe (OH) 3 - железен (III) хидроксид (хидроксид)

Изгаряне на желязна жица в кислород с образуването на смесен оксид (съдържа елемент както със степен на окисление +2, така и със степен на окисление +3):

3Fe+2O2 = Fe3O4 (желязна скала). Реакцията е възможна при нагряване до 160 ⁰C.

Взаимодействие с вода при висока температура (600−700 ⁰C):

3Fe+4H2O = Fe3O4+4H2

Реакции с неметали:

а) Реакция с халогени (Важно! С това взаимодействие той придобива степента на окисление на елемента +3)

2Fe + 3Cl2 \u003d 2FeCl3 - железен хлорид

б) Реакция със сяра (Важно! При това взаимодействие елементът има степен на окисление +2)

Железен (III) сулфид - Fe2S3 може да се получи по време на друга реакция:

Fe2O3+ 3H2S=Fe2S3+3H2O

в) Образуване на пирит

Fe + 2S \u003d FeS2 - пирит. Обърнете внимание на степента на окисление на елементите, които съставляват това съединение: Fe (+2), S (-1).

Взаимодействие с метални соли в електрохимичната серия на метална активност вдясно от Fe:

Fe + CuCl2 \u003d FeCl2 + Cu - железен (II) хлорид

Взаимодействие с разредени киселини (например солна и сярна):

Fe+HBr = FeBr2+H2

Fe+HCl = FeCl2+ H2

Имайте предвид, че тези реакции произвеждат желязо със степен на окисление +2.

В неразредени киселини, които са най-силните окислители, реакцията е възможна само при нагряване; в студени киселини металът се пасивира:

Fe + H2SO4 (концентриран) = Fe2 (SO4) 3 + 3SO2 + 6H2O

Fe+6HNO3 = Fe(NO3)3+3NO2+3H2O

Амфотерните свойства на желязото се проявяват само при взаимодействие с концентрирани алкали:

Fe + 2KOH + 2H2O \u003d K2 + H2 - калиев тетрахидроксиферат (II) се утаява.

Процес на производство на желязо в доменна пещ

Изпичане и последващо разлагане на сулфидни и карбонатни руди (изолиране на метални оксиди):

FeS2 -> Fe2O3 (O2, 850 ⁰C, -SO2). Тази реакция е и първата стъпка в индустриалния синтез на сярна киселина.

FeCO3 -> Fe2O3 (O2, 550−600 ⁰C, -CO2).

Изгаряне на кокс (в излишък):

С (кокс) + O2 (въздух) —> CO2 (600−700 ⁰C)

CO2+С (кокс) —> 2CO (750−1000 ⁰C)

Възстановяване на руда, съдържаща оксид, с въглероден оксид:

Fe2O3 —> Fe3O4 (CO, -CO2)

Fe3O4 —> FeO (CO, -CO2)

FeO —> Fe(CO, -CO2)

Карбуризация на желязо (до 6,7%) и топене на чугун (t⁰топене - 1145 ⁰C)

Fe (твърд) + C (кокс) -> чугун. Реакционната температура е 900-1200 ⁰C.

В чугуна цементитът (Fe2C) и графитът винаги присъстват под формата на зърна.

Характеристика на съединения, съдържащи Fe

Ще проучим характеристиките на всяка връзка поотделно.

Fe3O4

Смесен или двоен железен оксид, съдържащ елемент със степен на окисление както +2, така и +3. Също така се нарича Fe3O4 железен оксид. Това съединение е устойчиво на високи температури. Не реагира с вода, водни пари. Разгражда се от минерални киселини. Може да се редуцира с водород или желязо при висока температура. Както можете да разберете от горната информация, е междинен продукт в реакционната верига промишлено производствоизлято желязо.

Директно железният оксид се използва в производството на бои на минерална основа, цветен цимент и керамични продукти. Fe3O4 е това, което се получава чрез почерняване и посиняване на стомана. Смесен оксид се получава чрез изгаряне на желязо във въздух (реакцията е дадена по-горе). Руда, съдържаща оксиди, е магнетит.

Fe2O3

Железен (III) оксид, тривиално име - хематит, червено-кафяво съединение. Устойчив на високи температури. В чиста форма не се образува при окисляването на желязото с атмосферен кислород. Не реагира с вода, образува хидрати, които се утаяват. Реагира слабо с разредени основи и киселини. Може да се легира с оксиди на други метали, образувайки шпинели - двойни оксиди.

Червената желязна руда се използва като суровина в промишленото производство на чугун по метода на доменната пещ. Освен това ускорява реакцията, тоест е катализатор в амонячната индустрия. Използва се в същите области като железния оксид. Освен това се използва като носител на звук и изображения върху магнитни ленти.

FeOH2

Железен(II) хидроксид, съединение, което има както киселинни, така и основни свойства, като последните преобладават, тоест е амфотерно. Бяло вещество, което бързо се окислява във въздуха, "става кафяво" до железен (III) хидроксид. Разлага се при излагане на температура. Реагира както със слаби разтвори на киселини, така и с основи. Няма да се разтваряме във вода. В реакцията той действа като редуциращ агент. Той е междинен продукт в корозионната реакция.

Откриване на Fe2+ и Fe3+ йони („качествени” реакции)

Разпознаването на Fe2+ и Fe3+ йони във водни разтвори се извършва с помощта на сложни комплексни съединения - съответно K3, червена кръвна сол и K4, жълта кръвна сол. И при двете реакции се образува утайка с наситен син цвят със същия количествен състав, но различна позиция на желязото с валентност +2 и +3. Тази утайка също често се нарича пруско синьо или синьо на Turnbull.

Реакция, написана в йонна форма

Fe2++K++3-  K+1Fe+2

Fe3++K++4-  K+1Fe+3

Добър реагент за откриване на Fe3+ е тиоцианатният йон (NCS-)

Fe3++ NCS-  3- - тези съединения имат яркочервен ("кървав") цвят.

Този реагент, например калиев тиоцианат (формула - KNCS), ви позволява да определите дори незначителна концентрация на желязо в разтвори. Така той може да определи дали тръбите са ръждясали, когато изследва чешмяната вода.

Човешкото тяло съдържа около 5 g желязо, по-голямата част (70%) е част от хемоглобина в кръвта.

Физични свойства

В свободно състояние желязото е сребристо-бял метал със сивкав оттенък. Чистото желязо е пластично и има феромагнитни свойства. В практиката често се използват железни сплави - чугуни и стомани.

Fe е най-важният и най-често срещан елемент от деветте d-метала от вторичната подгрупа на VIII група. Заедно с кобалта и никела образува „желязното семейство“.

Когато образува съединения с други елементи, той често използва 2 или 3 електрона (B \u003d II, III).

Желязото, както почти всички d-елементи от група VIII, не показва по-висока валентност, равна на номера на групата. Максималната му валентност достига VI и се среща изключително рядко.

Най-типичните съединения са тези, в които Fe атомите са в степен на окисление +2 и +3.

Методи за получаване на желязо

1. Търговското желязо (в сплав с въглерод и други примеси) се получава чрез карботермична редукция на естествените му съединения по схемата:

Възстановяването става постепенно, на 3 етапа:

1) 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2

2) Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2

3) FeO + CO \u003d Fe + CO 2

Чугунът, получен в резултат на този процес, съдържа повече от 2% въглерод. В бъдеще стоманите се получават от чугун - железни сплави, съдържащи по-малко от 1,5% въглерод.

2. Много чисто желязо се получава по един от следните начини:

а) разлагане на пентакарбонил Fe

Fe(CO) 5 = Fe + 5CO

б) водородна редукция на чист FeO

FeO + H 2 \u003d Fe + H 2 O

в) електролиза на водни разтвори на Fe +2 соли

FeC 2 O 4 \u003d Fe + 2СO 2

железен (II) оксалат

Химични свойства

Fe - метал със средна активност, проявява общи свойства, характерни за металите.

Уникална характеристика е способността да "ръждясва" във влажен въздух:

При липса на влага със сух въздух желязото започва забележимо да реагира само при T> 150 ° C; при калциниране се образува "желязна скала" Fe 3 O 4:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

Желязото не се разтваря във вода при липса на кислород. При много високи температури Fe реагира с водна пара, измествайки водорода от водните молекули:

3 Fe + 4H 2 O (g) \u003d 4H 2

Процесът на ръждясване в неговия механизъм е електрохимична корозия. Продуктът от ръжда е представен в опростена форма. Всъщност се образува хлабав слой от смес от оксиди и хидроксиди с променлив състав. За разлика от филма Al 2 O 3, този слой не предпазва желязото от по-нататъшно разрушаване.

Видове корозия

Защита от корозия на желязо

1. Взаимодействие с халогени и сяра при висока температура.

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3

2Fe + 3F 2 = 2FeF 3

Fe + I 2 \u003d FeI 2

Образуват се съединения, в които преобладава йонният тип връзка.

2. Взаимодействие с фосфор, въглерод, силиций (желязото не се свързва директно с N 2 и H 2, но ги разтваря).

Fe + P = Fe x P y

Fe + C = Fe x C y

Fe + Si = FexSiy

Образуват се вещества с променлив състав, тъй като бертолидите (ковалентният характер на връзката преобладава в съединенията)

3. Взаимодействие с "неокисляващи" киселини (HCl, H 2 SO 4 dil.)

Fe 0 + 2H + → Fe 2+ + H 2

Тъй като Fe се намира в серията активност вляво от водорода (E ° Fe / Fe 2+ \u003d -0,44V), той е в състояние да измести H 2 от обикновените киселини.

Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2

Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2

4. Взаимодействие с "окисляващи" киселини (HNO 3 , H 2 SO 4 конц.)

Fe 0 - 3e - → Fe 3+

Концентрираните HNO 3 и H 2 SO 4 "пасивират" желязото, така че при обикновени температури металът не се разтваря в тях. При силно нагряване настъпва бавно разтваряне (без отделяне на Н2).

В разб. HNO 3 желязото се разтваря, преминава в разтвор под формата на Fe 3+ катиони и киселинният анион се редуцира до NO *:

Fe + 4HNO 3 \u003d Fe (NO 3) 3 + NO + 2H 2 O

Разтваря се много добре в смес от HCl и HNO3

5. Отношение към алкали

Fe не се разтваря във водни разтвори на алкали. Той реагира с разтопени алкали само при много високи температури.

6. Взаимодействие със соли на по-малко активни метали

Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu

Fe 0 + Cu 2+ = Fe 2+ + Cu 0

7. Взаимодействие с газообразен въглероден оксид (t = 200°C, P)

Fe (прах) + 5CO (g) \u003d Fe 0 (CO) 5 желязо пентакарбонил

Fe(III) съединения

Fe 2 O 3 - железен оксид (III).

Червено-кафяв прах, n. Р. в H 2 O. В природата - "червена желязна руда".

Начини за получаване:

1) разлагане на железен хидроксид (III)

2Fe(OH) 3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O

2) печене на пирит

4FeS 2 + 11O 2 \u003d 8SO 2 + 2Fe 2 O 3

3) разлагане на нитрат

Химични свойства

Fe 2 O 3 е основен оксид с признаци на амфотеризъм.

I. Основните свойства се проявяват в способността да реагират с киселини:

Fe 2 O 3 + 6H + = 2Fe 3+ + ZH 2 O

Fe 2 O 3 + 6HCI \u003d 2FeCI 3 + 3H 2 O

Fe 2 O 3 + 6HNO 3 \u003d 2Fe (NO 3) 3 + 3H 2 O

II. Слаби киселинни свойства. Fe 2 O 3 не се разтваря във водни разтвори на алкали, но при сливане с твърди оксиди, алкали и карбонати се образуват ферити:

Fe 2 O 3 + CaO \u003d Ca (FeO 2) 2

Fe 2 O 3 + 2NaOH \u003d 2NaFeO 2 + H 2 O

Fe 2 O 3 + MgCO 3 \u003d Mg (FeO 2) 2 + CO 2

III. Fe 2 O 3 - суровина за производство на желязо в металургията:

Fe 2 O 3 + ZS \u003d 2Fe + ZSO или Fe 2 O 3 + ZSO \u003d 2Fe + ZSO 2