Związki żelaza. Żelazo: właściwości fizyczne i chemiczne

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-02 17:54

Pierwsze wyroby z żelaza i jego stopów zostały znalezione podczas wykopalisk i pochodzą z około 4 tysiąclecia pne. Oznacza to, że nawet starożytni Egipcjanie i Sumerowie wykorzystywali złoża meteorytów tej substancji do wyrobu biżuterii i artykułów gospodarstwa domowego, a także broni.

W dzisiejszych czasach najpowszechniejszymi i najczęściej stosowanymi substancjami są różnego rodzaju związki żelaza, a także czysty metal. Nic dziwnego, że XX wiek był uważany za żelazo. W końcu przed nadejściem i powszechnym stosowaniem plastiku i podobnych materiałów to właśnie ten związek miał decydujące znaczenie dla człowieka. Czym jest ten pierwiastek i jakie substancje tworzy, rozważymy w tym artykule.

Żelazo pierwiastków chemicznych

Jeśli weźmiemy pod uwagę budowę atomu, to przede wszystkim powinniśmy wskazać jego położenie w układzie okresowym.

1. Liczba porządkowa - 26.
2. Okres jest czwartym wielkim.
3. Ósma grupa, drugorzędna podgrupa.
4. Waga atomowa to 55, 847.
5. Strukturę zewnętrznej powłoki elektronowej określa wzór 3d⁶4s^2.
6. Symbol pierwiastka chemicznego - Fe.
7. Imię - żelazko, czytanieformuła - "ferrum".
8. W naturze istnieją cztery stabilne izotopy danego pierwiastka o liczbach masowych 54, 56, 57, 58.

Pierwiastek chemiczny żelazo zawiera również około 20 różnych izotopów, które nie są stabilne. Możliwe stany utlenienia, które ten atom może wykazywać:

• 0;
• +2;
• +3;
• +6.

Ważny jest nie tylko sam pierwiastek, ale także jego różne związki i stopy.

Właściwości fizyczne

Jako prosta substancja, żelazo ma właściwości fizyczne z wyraźną metalicznością. Oznacza to, że jest to srebrzystobiały metal z szarym odcieniem, który ma wysoki stopień ciągliwości i ciągliwości oraz wysoką temperaturę topnienia i wrzenia. Jeśli rozważymy bardziej szczegółowo cechy, to:

• temperatura topnienia - 1539 0С;
• gotować - 2862 0C;
• aktywność - średnia;
• ogniotrwały - wysoki;
• wykazuje wyraźne właściwości magnetyczne.

W zależności od warunków i różnych temperatur, istnieje kilka modyfikacji formowanych przez żelazo. Ich właściwości fizyczne różnią się od różnic w sieciach krystalicznych.

1. Forma alfa lub ferryt istnieje do temperatury 769 0C.
2. Od 769 do 917 0C - forma beta.
3. 917-1394 0С - forma gamma lub austenit.
4. Ponad 1394 0S - żelazko sigma.

Wszystkie modyfikacje mająróżne typy struktury sieci krystalicznych, a także różnią się właściwościami magnetycznymi.

Właściwości chemiczne

Jak wspomniano powyżej, prosta substancja żelazo wykazuje średnią aktywność chemiczną. Jednak w stanie drobno zdyspergowanym może samoistnie zapalić się w powietrzu, podczas gdy sam metal wypala się w czystym tlenie.

Zdolność korozyjna jest wysoka, dlatego stopy tej substancji są pokryte związkami stopowymi. Żelazko może wchodzić w interakcje z:

• kwasy;
• tlen (w tym powietrze);
• szary;
• halogeny;
• po podgrzaniu - azotem, fosforem, węglem i krzemem;
• z solami mniej aktywnych metali, redukując je do prostych substancji;
• z żywą parą;
• z solami żelaza w stanie utlenienia +3.

Oczywiste jest, że wykazując taką aktywność, metal może tworzyć różne związki o zróżnicowanych i polarnych właściwościach. I tak się dzieje. Żelazo i jego związki są niezwykle różnorodne i znajdują zastosowanie w różnych gałęziach nauki, technologii, przemysłowej działalności człowieka.

Rozprzestrzeniaj się w naturze

Naturalne związki żelaza są dość powszechne, ponieważ jest to drugi po aluminium najobficiej występujący pierwiastek na naszej planecie. Jednocześnie w czystej postaci metal jest niezwykle rzadki, jako część meteorytów, co wskazuje na jego duże nagromadzenie w kosmosie. Główna masa zawarta jest w składzie rud, skał i minerałów.

Jeśliaby porozmawiać o procencie danego pierwiastka w przyrodzie, można podać następujące liczby.

1. Jądra planet ziemskich - 90%.
2. W skorupie ziemskiej - 5%.
3. W płaszczu Ziemi - 12%.
4. W jądrze ziemi - 86%.
5. W wodzie rzecznej - 2 mg/l.
6. W morzu i oceanie - 0,02 mg/l.

Najpopularniejsze związki żelaza tworzą następujące minerały:

• magnetyt;
• limonit lub brązowy kamień żelazny;
• wiwianit;
• pirotyn;
• piryt;
• siderite;
• markasyt;
• lellingite;
• Mispicel;
• milanteryt i inne.

To nie jest pełna lista, ponieważ jest ich naprawdę dużo. Ponadto szeroko rozpowszechnione są różne stopy tworzone przez człowieka. To także takie związki żelaza, bez których trudno wyobrazić sobie współczesne życie ludzi. Należą do nich dwa główne typy:

• żeliwo;
• stal.

Jest to również żelazo, które jest cennym dodatkiem do wielu stopów niklu.

Związki żelaza(II)

Należą do nich te, w których stopień utlenienia elementu formującego wynosi +2. Jest ich dość dużo, ponieważ obejmują:

• tlenek;
• wodorotlenek;
• związki binarne;
• sole złożone;
• złożone związki.

Wzory związków chemicznych, w których żelazo wykazuje wskazany stopień utlenienia, są indywidualne dla każdej klasy. Rozważ najważniejsze i najczęstsze z nich.

1. Tlenek żelaza (II). Czarny proszek, nierozpuszczalny w wodzie. Charakter połączenia jest podstawowy. Jest w stanie szybko się utleniać, ale można go również łatwo zredukować do prostej substancji. Rozpuszcza się w kwasach tworząc odpowiednie sole. Formuła - FeO.
2. Wodorotlenek żelaza(II). Jest to biały bezpostaciowy osad. Powstaje w wyniku reakcji soli z zasadami (zasadami). Wykazuje słabe właściwości podstawowe, potrafi szybko utleniać się w powietrzu do związków żelaza +3. Wzór - Fe(OH)_2.
3. Sole pierwiastków na określonym stopniu utlenienia. Z reguły mają jasnozielony kolor roztworu, dobrze utleniają się nawet w powietrzu, nabierając ciemnobrązowego koloru i zamieniając się w sole żelaza 3. Rozpuszczają się w wodzie. Przykłady związków: FeCL₂, FeSO₄, Fe(NO₃)_2.

Wartość praktyczną wśród oznaczonych substancji ma kilka związków. Po pierwsze, chlorek żelaza(II). Jest to główny dostawca jonów do organizmu człowieka z anemią. Kiedy taka dolegliwość zostanie zdiagnozowana u pacjenta, przepisuje się mu złożone preparaty, które są oparte na omawianym związku. W ten sposób uzupełniany jest niedobór żelaza w organizmie.

Po drugie, siarczan żelazawy, czyli siarczan żelaza(II) wraz z miedzią jest używany do niszczenia szkodników rolniczych w uprawach. Metoda udowadnia swoją skuteczność od ponad dekady, dlatego jest bardzo ceniona przez ogrodników i ogrodników.

Sól Mora

To połączeniektóry jest uwodnionym siarczanem żelaza i amonu. Jego wzór jest zapisany jako FeSO₄(NH₄)₂SO₄ 6H_{2O. Jeden ze związków żelaza (II), który ma szerokie zastosowanie w praktyce. Główne obszary zastosowania przez ludzi są następujące.}

1. Farmaceutyki.
2. Badania naukowe i laboratoryjne analizy miareczkowe (do oznaczania chromu, nadmanganianu potasu, wanadu).
3. Medycyna - jako dodatek do żywności z niedoborem żelaza w organizmie pacjenta.
4. Do impregnacji wyrobów drewnianych, ponieważ sól Mora chroni przed procesami gnicia.

Istnieją inne obszary, w których ta substancja jest używana. Swoją nazwę otrzymał na cześć niemieckiego chemika, który jako pierwszy odkrył przejawione właściwości.

Substancje o stopniu utlenienia żelaza (III)

Właściwości związków żelaza, w których wykazuje on stopień utlenienia +3, różnią się nieco od omówionych powyżej. Tak więc natura odpowiedniego tlenku i wodorotlenku nie jest już zasadowa, ale wyraźnie amfoteryczna. Podajmy opis głównych substancji.

1. Tlenek żelaza (III). Puder ma drobnokrystaliczny, czerwono-brązowy kolor. Nie rozpuszcza się w wodzie, wykazuje lekko kwaśne, bardziej amfoteryczne właściwości. Wzór: Fe₂O_3.
2. Wodorotlenek żelaza(III). Substancja, która wytrąca się, gdy zasady reagują z odpowiednimi solami żelaza. Jego charakter jest wyraźnie amfoteryczny, kolor jest brązowo-brązowy. Wzór: Fe(OH)_3.
3. Sole, które zawierają kation Fe³⁺. Wiele z nich zostało wyizolowanych, z wyjątkiem węglanów, ponieważ zachodzi hydroliza i uwalniany jest dwutlenek węgla. Przykłady wzorów dla niektórych soli: Fe(NO₃)₃, Fe₂(SO4₎3_{, FeCL}3, _FeBr3 _{i inne.}

Wśród powyższych przykładów, z praktycznego punktu widzenia, taki krystaliczny hydrat jak FeCL₃6H_{2O, lub heksahydrat chlorku żelaza jest ważny (III). Jest stosowany w medycynie do tamowania krwawienia i uzupełniania jonów żelaza w organizmie w przypadku anemii.}

Siarczan żelaza(III) 9-hydrat jest używany do oczyszczania wody pitnej, ponieważ działa jako koagulant.

Związki żelaza(VI)

Wzory związków chemicznych żelaza, w przypadku których wykazuje ono specjalny stopień utlenienia +6, można zapisać w następujący sposób:

• K₂FeO_4;
• Na₂FeO_4;
• MgFeO_{4 i inne.}

Wszystkie mają wspólną nazwę – żelaziany – i mają podobne właściwości (silne środki redukujące). Są również zdolne do dezynfekcji i działają bakteriobójczo. Dzięki temu mogą być stosowane do uzdatniania wody pitnej na skalę przemysłową.

Złożone związki

Substancje specjalne są bardzo ważne w chemii analitycznej i nie tylko. Te, które tworzą się w wodnych roztworach soli. Są to złożone związki żelaza. Najpopularniejsze i najlepiej zbadane są następujące.

1. Heksacyjanożelazian(II) potasuK₄[Fe(CN)₆]. Inną nazwą związku jest żółta sól krwi. Służy do jakościowego oznaczania jonów żelaza Fe³⁺ w roztworze. W wyniku naświetlenia roztwór uzyskuje piękny jasnoniebieski kolor, ponieważ powstaje kolejny kompleks - błękit pruski KFe³⁺[Fe²⁺ (CN) _{6]. Od czasów starożytnych był używany jako barwnik do tkanin.}
2. Heksacyjanożelazian (III) potasu K₃[Fe(CN)₆]. Inna nazwa to sól z czerwonej krwi. Stosowany jako odczynnik jakościowy do oznaczania jonów żelaza Fe^{2+. W rezultacie powstaje niebieski osad, który nazywa się błękitem Turnbull. Używany również jako barwnik do tkanin.}

Żelazo w materii organicznej

Żelazo i jego związki, jak widzieliśmy, mają ogromne znaczenie praktyczne w życiu gospodarczym człowieka. Jednak oprócz tego jego biologiczna rola w organizmie jest nie mniej wielka, wręcz przeciwnie.

Istnieje jeden bardzo ważny związek organiczny, białko, który zawiera ten pierwiastek. To jest hemoglobina. To dzięki niemu transportowany jest tlen oraz prowadzona jest jednolita i terminowa wymiana gazowa. Dlatego rola żelaza w procesie życiowym – oddychaniu – jest po prostu ogromna.

W sumie ludzkie ciało zawiera około 4 gramów żelaza, które musi być stale uzupełniane poprzez spożywaną żywność.