Železne spojine. Železo: fizikalne in kemijske lastnosti

2024 Avtor: Angel Austin | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-02 17:55

Prvi izdelki iz železa in njegovih zlitin so bili najdeni med izkopavanji in segajo v približno 4. tisočletje pred našim štetjem. To pomeni, da so že stari Egipčani in Sumerci uporabljali meteoritne nahajališča te snovi za izdelavo nakita in gospodinjskih predmetov ter orožja.

Danes so različne vrste železovih spojin, pa tudi čista kovina, najpogostejše in uporabljene snovi. Ni čudno, da je 20. stoletje veljalo za železo. Navsezadnje je bila pred pojavom in široko uporabo plastike in sorodnih materialov prav ta spojina odločilnega pomena za ljudi. Kaj je ta element in katere snovi tvori, bomo obravnavali v tem članku.

kemični element železo

Če upoštevamo strukturo atoma, potem moramo najprej navesti njegovo lokacijo v periodnem sistemu.

1. Redna številka - 26.
2. Obdobje je četrto veliko.
3. Osma skupina, sekundarna podskupina.
4. Atomska teža je 55,847.
5. Strukturo zunanje elektronske lupine označuje formula 3d⁶4s^2.
6. Simbol kemičnega elementa - Fe.
7. Ime - železo, branjeformula - "ferrum".
8. V naravi obstajajo štirje stabilni izotopi zadevnega elementa z masnimi številkami 54, 56, 57, 58.

Kemični element železo ima tudi približno 20 različnih izotopov, ki niso stabilni. Možna oksidacija navaja, da lahko ta atom pokaže:

• 0;
• +2;
• +3;
• +6.

Pomemben ni samo element, temveč tudi njegove različne spojine in zlitine.

Fizične lastnosti

Kot preprosta snov ima železo fizikalne lastnosti z izrazito kovinskostjo. To pomeni, da je srebrno bela kovina s sivim odtenkom, ki ima visoko stopnjo duktilnosti in duktilnosti ter visoko tališče in vrelišče. Če podrobneje razmislimo o značilnostih, potem:

• tališče - 1539 0С;
• vri - 2862 0C;
• aktivnost - srednja;
• ognjevzdržna - visoka;
• kaže izrazite magnetne lastnosti.

Odvisno od pogojev in različnih temperatur obstaja več modifikacij, ki jih tvori železo. Njihove fizikalne lastnosti se razlikujejo od dejstva, da se kristalne mreže razlikujejo.

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

Vse spremembe imajorazlične vrste strukture kristalnih rešetk in se razlikujejo tudi po magnetnih lastnostih.

Kemijske lastnosti

Kot že omenjeno, ima preprosta snov železo srednjo kemično aktivnost. Vendar se lahko v fino razpršenem stanju spontano vname na zraku, medtem ko kovina sama izgori v čistem kisiku.

Korozijska sposobnost je visoka, zato so zlitine te snovi prevlečene z legirnimi spojinami. Železo lahko komunicira z:

• kisline;
• kisik (vključno z zrakom);
• siva;
• halogeni;
• pri segrevanju - z dušikom, fosforjem, ogljikom in silicijem;
• s solmi manj aktivnih kovin, ki jih reducirajo na preproste snovi;
• v živo;
• z železovimi solmi v oksidacijskem stanju +3.

Očitno je, da je s takšno aktivnostjo kovina sposobna tvoriti različne spojine, raznolike in polarne po lastnostih. In tako se zgodi. Železo in njegove spojine so izjemno raznolike in se uporabljajo v različnih vejah znanosti, tehnologije, industrijske človeške dejavnosti.

Širenje v naravi

Naravne železove spojine so precej pogoste, saj je za aluminijem drugi najpogostejši element na našem planetu. Hkrati je v svoji čisti obliki kovina izjemno redka, kot del meteoritov, kar kaže na njene velike akumulacije v vesolju. Glavna masa je v sestavi rud, kamnin in mineralov.

Čeče govorimo o odstotku zadevnega elementa v naravi, lahko navedemo naslednje številke.

1. Jedra zemeljskih planetov - 90%.
2. V zemeljski skorji - 5%.
3. V zemeljskem plašču - 12%.
4. V jedru zemlje - 86%.
5. V rečni vodi - 2 mg/l.
6. V morju in oceanu - 0,02 mg/l.

Najpogostejše železove spojine tvorijo naslednje minerale:

• magnetit;
• limonit ali rjav železni kamen;
• vivianit;
• pirotin;
• pirit;
• siderite;
• marcasite;
• lellingite;
• Mispicel;
• milanterit in drugi.

To še zdaleč ni popoln seznam, saj jih je res veliko. Poleg tega so razširjene različne zlitine, ki jih ustvari človek. To so tudi takšne železove spojine, brez katerih si je težko predstavljati sodobno življenje ljudi. Ti vključujejo dve glavni vrsti:

• lito železo;
• jeklo.

Prav tako je železo dragocen dodatek številnim nikljevim zlitinam.

Spojine železa(II)

Ti vključujejo tiste, pri katerih je oksidacijsko stanje tvornega elementa +2. Precej jih je veliko, saj vključujejo:

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

Formule kemičnih spojin, v katerih ima železo navedeno stopnjo oksidacije, so za vsak razred individualne. Razmislite o najpomembnejših in najpogostejših izmed njih.

1. Železov oksid (II). Črni prah, netopen v vodi. Narava povezave je osnovna. Lahko hitro oksidira, lahko pa ga tudi enostavno reduciramo v preprosto snov. Raztaplja se v kislinah in tvori ustrezne soli. Formula - FeO.
2. Železov(II) hidroksid. Je bela amorfna oborina. Nastane z reakcijo soli z bazami (alkalijami). Pokaže šibke osnovne lastnosti, lahko hitro oksidira na zraku v železove spojine +3. Formula - Fe(OH)_2.
3. Soli elementa v določenem oksidacijskem stanju. Praviloma imajo bledo zeleno barvo raztopine, dobro oksidirajo tudi na zraku, pridobijo temno rjavo barvo in se spremenijo v železove soli 3. Raztopijo se v vodi. Primeri spojin: FeCL₂, FeSO₄, Fe(NO₃)_2.

Praktično vrednost med označenimi snovmi ima več spojin. Prvič, železov (II) klorid. To je glavni dobavitelj ionov za človeško telo z anemijo. Ko se pri bolniku diagnosticira takšna bolezen, se mu predpišejo kompleksni pripravki, ki temeljijo na zadevni spojini. Tako se napolni pomanjkanje železa v telesu.

Drugič, železov sulfat, to je železov (II) sulfat, se skupaj z bakrom uporablja za uničevanje kmetijskih škodljivcev v pridelkih. Metoda dokazuje svojo učinkovitost že več kot desetletje, zato jo vrtnarji in vrtnarji zelo cenijo.

Mora S alt

Ta povezavaki je hidratiziran železov in amonijev sulfat. Njegova formula je zapisana kot FeSO₄(NH₄)₂SO₄ 6H_{2O. Ena od spojin železa (II), ki se pogosto uporablja v praksi. Glavna področja človeške uporabe so naslednja.}

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

Ta snov se uporablja tudi na drugih področjih. Ime je dobil v čast nemškemu kemiku, ki je prvi odkril manifestirane lastnosti.

Snovi z oksidacijskim stanjem železa (III)

Lastnosti železovih spojin, v katerih ima oksidacijsko stanje +3, so nekoliko drugačne od tistih, o katerih smo razpravljali zgoraj. Tako narava ustreznega oksida in hidroksida ni več bazična, ampak izrazito amfoterna. Opišimo glavne snovi.

1. Železov oksid (III). Prašek je drobnokristaliničen, rdeče-rjave barve. Ne raztopi se v vodi, ima rahlo kisle, bolj amfoterne lastnosti. Formula: Fe₂O_3.
2. Železov(III) hidroksid. Snov, ki se obori, ko alkalije reagirajo z ustreznimi železovimi solmi. Njegov značaj je izrazit amfoterni, barva je rjavo-rjava. Formula: Fe(OH)_3.
3. Soli, ki vključujejo kation Fe³⁺. Mnogi od teh so bili izolirani, z izjemo karbonata, saj pride do hidrolize in sprošča se ogljikov dioksid. Primeri formul za nekatere soli: Fe(NO₃)₃, Fe₂(SO4₎3_{, FeCL}3, _FeBr3 _{in drugi.}

Med zgornjimi primeri, s praktičnega vidika, tak kristalinični hidrat, kot je FeCL₃6H_{2O, ali pomemben je železov klorid heksahidrat (III). V medicini se uporablja za zaustavitev krvavitev in napolnitev železovih ionov v telesu v primeru anemije.}

Železov(III) sulfat 9-hidrat se uporablja za čiščenje pitne vode, saj deluje kot koagulant.

Spojine železa(VI)

Formule kemičnih spojin železa, kjer ima posebno oksidacijsko stanje +6, lahko zapišemo takole:

• K₂FeO_4;
• Na₂FeO_4;
• MgFeO_{4 in drugi.}

Vsi imajo skupno ime - ferati - in imajo podobne lastnosti (močna redukcijska sredstva). Prav tako so sposobni razkužiti in imajo baktericidni učinek. To jim omogoča, da se uporabljajo za čiščenje pitne vode v industrijskem obsegu.

kompleksne spojine

Posebne snovi so zelo pomembne v analitični kemiji in ne samo. Tisti, ki nastanejo v vodnih raztopinah soli. To so kompleksne spojine železa. Najbolj priljubljeni in dobro raziskani so naslednji.

1. Kalijev heksacianoferat (II)K₄[Fe(CN)₆]. Drugo ime za spojino je rumena krvna sol. Uporablja se za kvalitativno določanje Fe³⁺ železovega iona v raztopini. Zaradi izpostavljenosti raztopina pridobi lepo svetlo modro barvo, saj nastane še en kompleks - pruska modra KFe³⁺[Fe²⁺ (CN) _{6]. Že od antičnih časov se uporablja kot barvilo za tkanine.}
2. Kalijev heksacianoferat (III) K₃[Fe(CN)₆]. Drugo ime je rdeča krvna sol. Uporablja se kot kvalitativni reagent za določanje železovega iona Fe^{2+. Posledično nastane modra oborina, ki se imenuje Turnbull blue. Uporablja se tudi kot barvilo za tkanine.}

Železo v organskih snoveh

Železo in njegove spojine so, kot smo videli, velikega praktičnega pomena v gospodarskem življenju človeka. Vendar poleg tega njegova biološka vloga v telesu ni nič manj velika, ravno nasprotno.

Obstaja ena zelo pomembna organska spojina, beljakovina, ki vključuje ta element. To je hemoglobin. Zahvaljujoč njemu se prenaša kisik in poteka enakomerna in pravočasna izmenjava plinov. Zato je vloga železa v vitalnem procesu - dihanju - preprosto ogromna.

Skupaj človeško telo vsebuje približno 4 grame železa, ki ga je treba nenehno obnavljati z zaužito hrano.