Jedinjenja željeza. Gvožđe: fizička i hemijska svojstva

Prve proizvode od gvožđa i njegovih legura pronađeni su prilikom iskopavanja i datiraju oko oko 4 milenijuma pre nove ere. To jest, čak i drevni Egipćani i Šumeri koristili su meteoritske naslage ove supstance za proizvodnju nakita i predmeta za domaćinstvo, kao i oružja.

Danas su najčešće i korišćene supstance različitih vrsta gvožđa, kao i čisti metali. Nije ni čudo što se dvadeseti vek smatra gvožđem. Zaista, pre dolaska i široke distribucije plastike i srodnih materijala, ova veza je bila od presudnog značaja za čoveka. Ono što je ovaj element i koje supstance formira, razmotrićemo u ovom članku.

Hemijski element gvožđa

Ako uzmemo u obzir strukturu atoma, prvo moramo da navedemo svoje lokacije u periodičnoj tabeli.

1. Serijski broj je 26.
2. Period je četvrti veliki.
3. Grupa 8, podgrupa sekundarna.
4. Atomska težina je 55.847.
5. Struktura spoljašnjeg elektronskog ljuska označena je formulom 3d ⁶ 4s ² .
6. Simbol hemijskog elementa je Fe.
7. Ime je gvožđe, čitanje u formuli je ferrum.
8. U prirodi postoje četiri stabilne izotope elementa koji se razmatraju sa masenim brojem 54, 56, 57, 58.

Hemijski element gvožđa takođe ima oko 20 različitih izotopa koji nisu stabilni. Moguća oksidacija kaže da određeni atom može pokazati:

• 0;
• +2;
• +3;
• +6.

Važno je ne samo sam element, već i njegovi različiti spojevi i legure.

Fizičke osobine

Kao jednostavna supstanca, gvožđe ima fizička svojstva s izraženim metalizmom. To jest, to je srebrno bijelo sivog metala, koji ima visok stepen duktilnosti i plastičnosti i visoku tačku topljenja i tačku ključanja. Ako uzmemo u obzir karakteristike detaljnije, onda:

• Tačka topljenja je 1539 ^° C;
• Bojenje - 2862 ^° C;
• Aktivnost - prosek;
• Visoka otpornost;
• Izražava izgovarana magnetna svojstva.

U zavisnosti od uslova i različitih temperatura, postoji nekoliko modifikacija koje čine gvožđe. Njihova fizička svojstva se razlikuju od činjenice da se kristalne rešetke razlikuju.

1. Alfa-oblika, ili ferit, postoji do temperature 769 ^° C.
2. Od 769 do 917 ⁰ C je beta forma.
3. 917-1394 ⁰ C - gama oblika ili austenit.
4. Preko 1394 ⁰ S - sigma-gvožđe.

Sve modifikacije imaju različite vrste strukture kristalne rešetke, a takođe se razlikuju i kod magnetnih svojstava.

Hemijska svojstva

Kao što je već rečeno, jednostavna supstanca, gvožđe pokazuje prosječnu hemijsku aktivnost. Međutim, u dobro raspoređenom stanju, sposoban je za samozapaljivanje u vazduhu, au čistom kisiku, sam metal opekline.

Korozivnost je velika, tako da su legure ove supstance obložene doping jedinjenjima. Gvožđe je u stanju da komunicira sa:

• Kiseline;
• Kiseonik (uključujući vazduh);
• Siva;
• Halogeni;
• Kada se zagreje - sa azotom, fosforom, ugljenikom i silicijumom;
• Sa soli manje aktivnih metala, obnavljajući ih na jednostavne supstance;
• Sa vrućom vodenom parom;
• Sa gvozdenim solima u oksidacionom stanju +3.

Očigledno, u ispoljavanju takve aktivnosti, metal je u stanju da formira različita jedinjenja, različita i polarna svojstva. To se dešava. Gvožđe i njegova jedinjenja su izuzetno raznovrsna i pronalaze primenu u najrazličitijim granama nauke, tehnologije i industrijske aktivnosti čoveka.

Distribucija u prirodi

Prirodni sastojci gvožđa nastaju prilično često, jer je ovo drugi najčešći element na našoj planeti nakon aluminijuma. U ovom čistom metalu je izuzetno retko, u sastavu meteorita, što ukazuje na njegove velike klastere u svemiru. Glavna masa je sadržana u sastavu rude, stena i minerala.

Ako govorimo o procentualnom sadržaju elementa u pitanju u prirodi, možemo navesti sljedeće brojke.

1. Jezgro zemaljskih planeta je 90%.
2. U zemaljskoj kori - 5%.
3. U plafonu Zemlje - 12%.
4. U jezgru Zemlje - 86%.
5. U rečni vodi - 2 mg / l.
6. U moru i okeanu - 0,02 mg / l.

Najčešća gvozdena jedinjenja formiraju sledeće minerale:

• Magnetit;
• Limonit ili smeđa gvozdena ruda;
• Vivianite;
• Pirrhotite;
• Pirit;
• Siderite;
• Marcasite;
• Lellingitis;
• Misikel;
• Milanterite i drugi.

Ovo je i dalje daleko od kompletne liste, jer su stvarno veoma mnogi. Osim toga, razne legure koje stvara čovek su široko rasprostranjene. To su takva gvožđa, bez kojih je teško zamisliti savremeni život ljudi. Postoje dva glavna tipa:

• Liveno gvožđe;
• Čelik.

Takođe, gvožđe je vredan aditiv u sastavu mnogih legura nikla.

Jedinjenja gvožđa (II)

To uključuje one u kojima je oksidaciono stanje formirajućeg elementa +2. Oni su prilično brojni, jer uključuju:

• Oxide;
• Hidroksid;
• Binarne veze;
• Kompleksne soli;
• Kompleksna jedinjenja.

Formule hemijskih jedinjenja u kojima gvožđe pokazuje ovaj stepen oksidacije su individualne za svaku klasu. Razmotrite najvažnije i najčešće one.

1. Gvožđe oksid (II). Prašak je crn, ne rastvara se u vodi. Priroda veze je osnovna. Može brzo oksidirati, ali se lako može vratiti i na jednostavnu supstancu. Rastvara se u kiselinama, formirajući odgovarajuće soli. Formula je FeO.
2. Ferric hydroxide (II). To je bel amorfni talog. Formirana reakcijom soli baze (alkalije). Ona pokazuje slaba osnovna svojstva, sposobna je brzo oksidirati u jedinjenja vazduha do gvožđa +3. Formula je Fe (OH) ₂ .
3. Soli elementa u naznačenom oksidacionom stanju. Oboje obično imaju bledo zelenu boju rastvora, dobro oksidiraju čak i na vazduhu, postaju tamno braon i pretvara se u soli gvožđa. 3. Rastvoriti u vodi. Primeri jedinjenja: FeCL ₂ , FeSO ₄ , Fe (NO ₃ ) ₂ .

Praktičan značaj među navedenim supstancama ima nekoliko jedinjenja. Prvo, željezni (II) hlorid. To je glavni isporučilac jona ljudskom telu, anemičnom pacijentu. Kada se takva bolest dijagnosticira kod pacijenta, onda se za njega predviđaju složeni preparati bazirani na složenom jedinjenju. Ovako se nedostatak gvožđa popunjava u telu.

Drugo, gvozdeni vitriol, to jest ferosulfat (II), zajedno sa bakrom se koristi za uništavanje poljoprivrednih štetočina u usevima. Ova metoda dokazuje svoju efikasnost ne tokom prvih deset godina, pa ga veoma cenimo vrtlarci i proizvođači kamiona.

Mora sol

Ovo jedinjenje, što je kristalni hidrat od željeznog sulfata i amonijuma. Njegova formula je napisana kao FeSO ₄ * (NH ₄ ) ₂ SO ₄ * 6H ₂ O. Jedno od jedinjenja željeza (II), koja se široko koristi u praksi. Glavne oblasti ljudske upotrebe su sledeće.

1. Pharmaceuticals.
2. Naučno istraživanje i laboratorijska titrimetrijska analiza (za određivanje sadržaja hroma, kalijum permanganata, vanadijuma).
3. Medicina - kao aditiv za hranu sa nedostatkom gvožđa u telu pacijenta.
4. Za impregnaciju drvenih proizvoda, s obzirom da Solova sol štiti od procesa raspadanja.

Postoje i druge oblasti u kojima ova supstanca nalazi aplikaciju. Njegovo ime je dobio u čast nemačkog hemičara koji je prvi otkrio manifestovane imovine.

Supstance sa stepenom oksidacije gvožđa (III)

Osobine jedinjenja gvožđa u kojima se ispoljava stepen oksidacije +3 su nešto drugačije od onih koje su gore razmatrane. Dakle, karakter odgovarajućeg oksida i hidroksida više nije osnovni, već izgovoren amfoteričan. Hajde da opišemo glavne supstance.

1. Gvožđe oksid (III). Prašak je malo kristalan, crveno-smeđe boje. U vodi se ne rastvara, ona ima slabe kisele osobine, više amfoterna. Formula: Fe2O3.
2. Ferric hydroxide (III). Supstanca precipitirana dejstvom alkalije na odgovarajuće soli gvožđa. Njegov karakter se izgovara amfoteričnim, boja je smeđe-braon. Formula: Fe (OH) ₃ .
3. Soli, koji uključuju kation Fe ³⁺ . Odlikuje se takav set, izuzev karbonata, s obzirom da se javlja hidroliza i javlja se ugljendioksid. Primjeri formule nekih soli: Fe (NO ₃ ) ₃ , Fe ₂ (SO ₄ ) ₃ , FeCl _3, FeBr ₃ i drugi.

Među primijenjenim primjerima, s praktične tačke gledišta, važan je kristalni hidrat, kao što je FeCL _{3 *} 6H ₂ O ili željezni (III) heksahidrohlorid. Koristi se u medicini da zaustavi krvarenje i dopuni jonske ione u telu anemijom.

Devetog željeza (III) sulfata se koristi za prečišćavanje vode za piće, jer se ponaša kao koagulant.

Jedinjenja željeza (VI)

Formule hemijskih sastojaka gvožđa, gdje ima poseban stepen oksidacije +6, mogu se zapisati na sledeći način:

• K ₂ FeO ₄ ;
• Na ₂ FeO ₄ ;
• MgFeO ₄ i drugi.

Svi imaju zajedničko ime - ferati - i imaju slična svojstva (jaka redukciona sredstva). Oni su takođe sposobni dezinfikovati i imati baktericidni efekat. To im omogućava da se koriste za tretman vode za piće na industrijskom nivou.

Kompleksna jedinjenja

Veoma su važni u analitičkoj hemiji, a ne samo posebne supstance. Takvi koji se formiraju u vodenim rastvorima soli. To su složena jedinjenja željeza. Najpopularnije i dobro proučavane su sledeće.

1. Heksacianoferat (II) kalijum K ₄ [Fe (CN) ₆ ]. Drugo ime za jedinjenje je žuta krvna sol. Koristi se za kvalitativno određivanje gvožđa Fe ³⁺ u rastvoru. Kao rezultat akcije, rešenje stiče lepu svetlu plavu boju, jer se formira još jedan kompleks - Berlinska plava KFe ³⁺ [Fe ²⁺ (CN) ₆ ]. Od davnina je korišćena kao boja za tkanine.
2. Heksacianoferat (III) kalijum K ₃ [Fe (CN) ₆ ]. Drugo ime je soli crvene krvi. Koristi se kao kvalitativni reagens za određivanje željeznog ^iona Fe ²⁺ . Kao rezultat, formira se plavi talog, nazvan plavom turbulencijom. Koristi se i kao boja za tkanine.

Gvožđe u sastavu organskih supstanci

Gvožđe i njegova jedinjenja, kao što smo već videli, od velikog su praktičnog značaja u ekonomskom životu čoveka. Međutim, pored toga, njegova biološka uloga u telu nije ništa sjajna, čak i naprotiv.

Postoji jedno veoma važno organsko jedinjenje, protein, u koji pripada ovaj element. Ovo je hemoglobin. Zahvaljujući njemu se transportuje kiseonik i vrši se uniformna i blagovremena razmjena gasa. Stoga je uloga gvožđa u vitalnom procesu - disanje - jednostavno ogromna.

Ukupno, oko 4 grama gvožđa sadrže se u ljudskom tijelu, koji se mora stalno napuniti konzumiranom hranom.