Съединения на желязо. Желязо: физични и химични свойства

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-02 17:41

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 от това вещество за направата на бижута и предмети за бита, както и оръжия.

Днес различни видове съединения на желязото, както и чистият метал, са най-често срещаните и използвани вещества. Нищо чудно, че 20-ти век се смяташе за желязо. В края на краищата, преди появата и широкото използване на пластмаса и свързани материали, именно това съединение е било от решаващо значение за хората. Какво представлява този елемент и какви вещества образува, ще разгледаме в тази статия.

Химически елемент желязо

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

Пореден номер - 26.
Периодът е четвъртият голям.
Осма група, вторична подгрупа.
Атомното тегло е 55, 847.
Структурата на външната електронна обвивка се обозначава с формулата 3d⁶4s^2.
Символ на химичен елемент - Fe.
Име - желязо, четенеформула - "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. Възможни състояния на окисление, че този атом може да прояви:

Не само самият елемент е важен, но и различните му съединения и сплави.

Физически свойства

Като просто вещество, желязото има физически свойства с изразена металност. 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 0С;
сваряване - 2862 0C;
активност - средна;
огнеупорен - висок;
показва ясно изразени магнитни свойства.

В зависимост от условията и различните температури има няколко модификации, които се образуват от желязо. Техните физически свойства се различават от факта, че кристалните решетки се различават.

Алфа-формата или феритът съществува до температура от 769 0C.
От 769 до 917 0C - бета форма.
917-1394 0С - гама форма, или аустенит.
Над 1394 0S - сигма желязо.

Всички модификации иматразлични видове структура на кристални решетки, а също така се различават по магнитни свойства.

Химически свойства

Както беше споменато по-горе, простото вещество желязо проявява средна химическа активност. Въпреки това, във фино диспергирано състояние, той може да се запали спонтанно във въздуха, докато самият метал изгаря в чист кислород.

Способността за корозия 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, свеждайки ги до прости вещества;
с пара на живо;
с железни соли в степен на окисление +3.

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

Разпространение сред природата

Природните съединения на желязото са доста често срещани, защото това е вторият най-разпространен 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 руди, скали и минерали.

Акоза да говорим за процента на въпросния елемент в природата, тогава могат да се дадат следните цифри.

Ядрата на земните планети - 90%.
В земната кора - 5%.
В мантията на Земята - 12%.
В ядрото на земята - 86%.
В речна вода - 2 mg/l.
В морето и океана - 0,02 mg/l.

Най-често срещаните железни съединения образуват следните минерали:

магнетит;
лимонит или кафяв железен камък;
vivianite;
пиротин;
pyrite;
siderite;
марказит;
lellingite;
Mispicel;
милантерит и други.

Това далеч не е пълен списък, защото има наистина много от тях. В допълнение, различни сплави, които са създадени от човека, са широко разпространени. Това са и такива железни съединения, без които е трудно да си представим съвременния живот на хората. Те включват два основни типа:

чугун;
стомана.

Това също е желязо, което е ценна добавка към много никелови сплави.

Съединения на желязо(II)

Те включват тези, при които степента на окисление на формиращия елемент е +2. Те са доста много, защото включват:

оксид;
хидроксид;
двоични съединения;
сложни соли;
сложни 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 оксид (II). Черен прах, неразтворим във вода. Естеството на връзката е основно. Той е в състояние бързо да се окислява, но също така може лесно да се редуцира до просто вещество. 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 на въздух до съединения на желязо +3. Формула - Fe(OH)_2.

Соли на елемент в определеното окислително състояние. Като правило те имат бледозелен цвят на разтвора, окисляват се добре дори на въздух, придобивайки тъмнокафяв цвят и се превръщат в железни соли 3. Разтварят се във вода. Примери за съединения: FeCL₂, FeSO₄, Fe(NO₃)_2.

Практическа стойност сред обозначените вещества имат няколко съединения. Първо, железен (II) хлорид. Това е основният доставчик на йони за човешкото тяло с анемия. Когато се диагностицира такова заболяване при пациент, му се предписват комплексни препарати, които се основават на въпросното съединение. Ето как се попълва дефицитът на желязо в организма.

На второ място, железният сулфат, тоест железният (II) сулфат, заедно с медта се използва за унищожаване на селскостопански вредители по културите. Методът доказва своята ефективност повече от десетилетие, поради което е много ценен от градинари и градинари.

Mora S alt

Тази връзкакойто е хидратиран желязо и амониев сулфат. Формулата му е написана като FeSO₄(NH₄)₂SO₄ 6H_{2O. Едно от съединенията на желязото (II), което се използва широко в практиката. Основните области на човешка употреба са както следва.}

Pharmaceuticals.
Научни изследвания и лабораторни титриметрични анализи (за определяне на хром, калиев перманганат, ванадий).
Медицина - като добавка към храна с липса на желязо в организма на пациента.
За импрегниране на дървени изделия, тъй като морската сол предпазва от процеси на гниене.

Има и други области, в които се използва това вещество. Той получи името си в чест на немския химик, който пръв открива проявени свойства.

Вещества със степен на окисление на желязо (III)

Свойствата на съединенията на желязото, при които то проявява степен на окисление +3, са малко по-различни от тези, обсъдени по-горе. По този начин природата на съответните оксид и хидроксид вече не е основна, а подчертано амфотерна. Нека дадем описание на основните вещества.

Железен оксид (III). Прахът е фино кристален, червено-кафяв на цвят. Не се разтваря във вода, проявява леко киселинни, по-амфотерни свойства. Формула: Fe₂O_3.

Железен(III) хидроксид. Вещество, което се утаява, когато алкалите реагират със съответните железни соли. Характерът му е изразен амфотеричен, цветът е кафяво-кафяв. Формула: Fe(OH)_3.
Соли, които включват катиона Fe³⁺. Много от тях са изолирани, с изключение на карбоната, тъй като настъпва хидролиза и се отделя въглероден диоксид. Примери за формули за някои соли: Fe(NO₃)₃, Fe₂(SO4₎3_{, FeCL}3, _FeBr3 _{и други.}

Сред горните примери, от практическа гледна точка, такъв кристален хидрат като FeCL₃6H_{2O, или железен хлорид хексахидрат е важен (III). Използва се в медицината за спиране на кървенето и попълване на железни йони в организма в случай на анемия.}

Железен(III) сулфат 9-хидрат се използва за пречистване на питейната вода, тъй като действа като коагулант.

Съединения на желязо(VI)

Формулите на химичните съединения на желязото, където то проявява специална степен на окисление от +6, могат да бъдат написани, както следва:

K₂FeO_4;

Na₂FeO_4;

MgFeO_{4 и други.}

Всички те имат общо име - ферати - и имат сходни свойства (силни редуциращи агенти). Те също така са в състояние да дезинфекцират и имат бактерициден ефект. Това им позволява да се използват за пречистване на питейна вода в промишлен мащаб.

Сложни съединения

Специалните вещества са много важни в аналитичната химия и не само. Тези, които се образуват във водни разтвори на соли. Това са сложни съединения на желязото. Най-популярните и добре проучени са следните.

Калиев хексацианоферат (II)K₄[Fe(CN)₆]. Друго име на съединението е жълта кръвна сол. Използва се за качествено определяне на Fe³⁺ железен йон в разтвор. В резултат на експозицията разтворът придобива красив ярко син цвят, тъй като се образува друг комплекс - пруско синьо KFe³⁺[Fe²⁺ (CN) _{6]. От древни времена се използва като боя за тъкани.}
Калиев хексацианоферат (III) K₃[Fe(CN)₆]. Друго име е червена кръвна сол. Използва се като качествен реагент за определяне на железен йон Fe^{2+. В резултат на това се образува синя утайка, която се нарича Turnbull blue. Използва се и като боя за тъкани.}

Желязо в органична материя

Желязото и неговите съединения, както видяхме, са от голямо практическо значение в икономическия живот на човека. Но освен това, биологичната му роля в организма е не по-малко голяма, напротив.

Има едно много важно органично съединение, протеин, което включва този елемент. Това е хемоглобинът. Благодарение на него се транспортира кислород и се извършва равномерен и навременен газообмен. Следователно ролята на желязото в жизнения процес - дишането - е просто огромна.