Zlúčeniny železa. Železo: fyzikálne a chemické vlastnosti

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-02 17:55

Prvé výrobky vyrobené zo železa a jeho zliatin sa našli počas vykopávok a pochádzajú približne zo 4. tisícročia pred Kristom. To znamená, že dokonca aj starí Egypťania a Sumeri používali meteoritové ložiská tejto látky na výrobu šperkov a domácich potrieb, ako aj zbraní.

V súčasnosti sú najbežnejšie a najpoužívanejšie látky rôzne druhy zlúčenín železa, ako aj čistý kov. Niet divu, že 20. storočie bolo považované za železo. Koniec koncov, pred príchodom a rozšírením plastov a príbuzných materiálov mala práve táto zlúčenina pre človeka rozhodujúci význam. Čo je tento prvok a aké látky tvorí, zvážime v tomto článku.

Chemický prvok železo

Ak uvažujeme o štruktúre atómu, v prvom rade by sme mali uviesť jeho umiestnenie v periodickom systéme.

1. Poradové číslo – 26.
2. Obdobie je štvrté veľké obdobie.
3. Ôsma skupina, sekundárna podskupina.
4. Atómová hmotnosť je 55 847.
5. Štruktúra vonkajšieho elektrónového obalu je označená vzorcom 3d⁶4s^2.
6. Symbol chemického prvku – Fe.
7. Názov - železo, čítanievzorec - "ferrum".
8. V prírode existujú štyri stabilné izotopy príslušného prvku s hmotnostnými číslami 54, 56, 57, 58.

Chemický prvok železo má tiež asi 20 rôznych izotopov, ktoré nie sú stabilné. Možné oxidačné stavy, ktoré môže tento atóm vykazovať:

• 0;
• +2;
• +3;
• +6.

Nielen samotný prvok je dôležitý, ale aj jeho rôzne zlúčeniny a zliatiny.

Fyzikálne vlastnosti

Železo ako jednoduchá látka má fyzikálne vlastnosti s výraznou metalicitou. To znamená, že ide o strieborno-biely kov so sivým odtieňom, ktorý má vysoký stupeň ťažnosti a ťažnosti a vysokú teplotu topenia a varu. Ak vezmeme do úvahy charakteristiky podrobnejšie, potom:

• teplota topenia - 1539 0С;
• var - 2862 0C;
• aktivita – stredná;
• žiaruvzdorné - vysoké;
• vykazuje výrazné magnetické vlastnosti.

V závislosti od podmienok a rôznych teplôt existuje niekoľko modifikácií, ktoré železo tvorí. Ich fyzikálne vlastnosti sa líšia od skutočnosti, že sa líšia kryštálové mriežky.

1. Forma alfa alebo ferit existuje až do teploty 769 0C.
2. Od 769 do 917 0C – beta forma.
3. 917-1394 0С - gama forma alebo austenit.
4. Viac ako 1394 0S - sigma železo.

Všetky úpravy majúrôzne typy štruktúry kryštálových mriežok a tiež sa líšia magnetickými vlastnosťami.

Chemické vlastnosti

Ako je uvedené vyššie, jednoduchá látka železo vykazuje strednú chemickú aktivitu. V jemne rozptýlenom stave sa však môže na vzduchu samovoľne vznietiť, pričom samotný kov zhorí v čistom kyslíku.

Schopnosť korózie je vysoká, preto sú zliatiny tejto látky potiahnuté legovacími zlúčeninami. Železo je schopné interagovať s:

• acids;
• kyslík (vrátane vzduchu);
• grey;
• halogény;
• pri zahrievaní – s dusíkom, fosforom, uhlíkom a kremíkom;
• so soľami menej aktívnych kovov, ktoré ich redukujú na jednoduché látky;
• so živou parou;
• so soľami železa v oxidačnom stave +3.

Je zrejmé, že pri takejto aktivite je kov schopný vytvárať rôzne zlúčeniny, rôznorodé a polárne vo vlastnostiach. A tak sa aj stáva. Železo a jeho zlúčeniny sú mimoriadne rozmanité a používajú sa v rôznych odvetviach vedy, techniky, priemyselnej ľudskej činnosti.

Šírené v prírode

Prírodné zlúčeniny železa sú celkom bežné, pretože je to po hliníku druhý najrozšírenejší prvok na našej planéte. Zároveň je kov vo svojej čistej forme mimoriadne vzácny ako súčasť meteoritov, čo naznačuje jeho veľké nahromadenie vo vesmíre. Hlavná hmota je obsiahnutá v zložení rúd, hornín a minerálov.

Akak chcete hovoriť o percentuálnom zastúpení príslušného prvku v prírode, potom môžete uviesť nasledujúce čísla.

1. Jadrá terestriálnych planét – 90 %.
2. V zemskej kôre - 5%.
3. V zemskom plášti – 12 %.
4. V jadre zeme – 86 %.
5. V riečnej vode - 2 mg/l.
6. V mori a oceáne - 0,02 mg/l.

Najbežnejšie zlúčeniny železa tvoria nasledujúce minerály:

• magnetit;
• limonit alebo hnedý železný kameň;
• vivianite;
• pyrrhotite;
• pyrite;
• siderite;
• marcasite;
• lellingite;
• Mispicel;
• milanterite a iné.

Toto nie je ani zďaleka úplný zoznam, pretože ich je naozaj veľa. Okrem toho sú rozšírené rôzne zliatiny, ktoré vytvára človek. To sú tiež také zlúčeniny železa, bez ktorých je ťažké si predstaviť moderný život ľudí. Patria sem dva hlavné typy:

• liatina;
• oceľ.

Je to tiež železo, ktoré je cenným doplnkom mnohých zliatin niklu.

Zlúčeniny železa

Patria sem tie, v ktorých je oxidačný stav tvoriaceho prvku +2. Je ich pomerne veľa, pretože zahŕňajú:

• oxid;
• hydroxid;
• binárne zlúčeniny;
• komplexné soli;
• komplexné zlúčeniny.

Vzorce chemických zlúčenín, v ktorých železo vykazuje uvedený stupeň oxidácie, sú individuálne pre každú triedu. Zvážte najdôležitejšie a najbežnejšie z nich.

1. Oxid železitý (II). Čierny prášok, nerozpustný vo vode. Povaha spojenia je základná. Je schopný rýchlo oxidovať, dá sa však ľahko zredukovať na jednoduchú látku. Rozpúšťa sa v kyselinách za vzniku zodpovedajúcich solí. Vzorec – FeO.
2. Hydroxid železitý. Je to biela amorfná zrazenina. Vzniká reakciou solí so zásadami (zásadami). Vykazuje slabé zásadité vlastnosti, je schopný rýchlo oxidovať na vzduchu na zlúčeniny železa +3. Vzorec – Fe(OH)_2.
3. Soli prvku v špecifikovanom oxidačnom stupni. Spravidla majú svetlozelenú farbu roztoku, dobre oxidujú aj na vzduchu, získavajú tmavohnedú farbu a menia sa na soli železa 3. Rozpúšťajú sa vo vode. Príklady zlúčenín: FeCL₂, FeSO₄, Fe(NO₃)_2.

Praktickú hodnotu medzi označenými látkami má niekoľko zlúčenín. Po prvé, chlorid železitý. Ten je hlavným dodávateľom iónov do ľudského tela s anémiou. Keď sa takéto ochorenie u pacienta diagnostikuje, sú mu predpísané komplexné prípravky, ktoré sú založené na danej zlúčenine. Takto sa dopĺňa nedostatok železa v tele.

Po druhé, síran železnatý, teda síran železnatý, sa spolu s meďou používa na ničenie poľnohospodárskych škodcov v plodinách. Metóda dokazuje svoju účinnosť už viac ako desaťročie, preto ju záhradkári a záhradkári veľmi oceňujú.

Mora S alt

Toto spojeniečo je hydratovaný síran železa a amónneho. Jeho vzorec je napísaný ako FeSO₄(NH₄)₂SO₄ 6H_{2O. Jedna zo zlúčenín železa (II), ktorá sa v praxi široko používa. Hlavné oblasti použitia ľuďmi sú nasledovné.}

1. Pharmaceuticals.
2. Vedecký výskum a laboratórne titrimetrické analýzy (na stanovenie chrómu, manganistanu draselného, vanádu).
3. Liečivo – ako prídavok do potravín s nedostatkom železa v tele pacienta.
4. Na impregnáciu drevených výrobkov, keďže soľ Mora chráni pred hnilobnými procesmi.

Existujú aj ďalšie oblasti, v ktorých sa táto látka používa. Svoje meno dostal na počesť nemeckého chemika, ktorý ako prvý objavil prejavené vlastnosti.

Látky s oxidačným stavom železa (III)

Vlastnosti zlúčenín železa, v ktorých vykazuje oxidačný stav +3, sa trochu líšia od vlastností diskutovaných vyššie. Povaha zodpovedajúceho oxidu a hydroxidu teda už nie je zásaditá, ale vyslovene amfotérna. Uveďme popis hlavných látok.

1. Oxid železitý (III). Prášok je jemne kryštalický, červenohnedej farby. Nerozpúšťa sa vo vode, vykazuje mierne kyslé, viac amfotérne vlastnosti. Vzorec: Fe₂O_3.
2. Hydroxid železitý. Látka, ktorá sa vyzráža, keď alkálie reagujú so zodpovedajúcimi soľami železa. Jeho charakter je výrazne amfotérny, farba je hnedo-hnedá. Vzorec: Fe(OH)_3.
3. Soli, ktoré obsahujú katión Fe³⁺. Mnohé z nich boli izolované, s výnimkou uhličitanu, pretože dochádza k hydrolýze a uvoľňovaniu oxidu uhličitého. Príklady vzorcov pre niektoré soli: Fe(NO₃)₃, Fe₂(SO4₎3_{, FeCL}3, _FeBr3 _{a ďalšie.}

Medzi vyššie uvedené príklady z praktického hľadiska patrí taký kryštalický hydrát ako FeCL₃6H_{2O, príp. dôležitý je hexahydrát chloridu železitého (III). V medicíne sa používa na zastavenie krvácania a doplnenie iónov železa v tele pri anémii.}

Síran železitý 9-hydrát sa používa na čistenie pitnej vody, pretože pôsobí ako koagulant.

Zlúčeniny železa (VI)

Vzorce chemických zlúčenín železa, kde vykazuje špeciálny oxidačný stav +6, možno zapísať takto:

• K₂FeO_4;
• Na₂FeO_4;
• MgFeO_{4 a ďalšie.}

Všetky majú spoločný názov – feráty – a majú podobné vlastnosti (silné redukčné činidlá). Sú tiež schopné dezinfikovať a majú baktericídny účinok. To umožňuje ich použitie na úpravu pitnej vody v priemyselnom meradle.

Komplexné zlúčeniny

Špeciálne látky sú veľmi dôležité nielen v analytickej chémii. Tie, ktoré sa tvoria vo vodných roztokoch solí. Ide o komplexné zlúčeniny železa. Najpopulárnejšie a dobre preskúmané sú nasledovné.

1. Hexakyanoželezitan draselný (II)K₄[Fe(CN)₆]. Ďalším názvom zlúčeniny je žltá krvná soľ. Používa sa na kvalitatívne stanovenie Fe³⁺ iónov železa v roztoku. V dôsledku expozície roztok získa krásnu jasne modrú farbu, pretože sa vytvorí ďalší komplex - pruská modrá KFe³⁺[Fe²⁺ (CN) _{6]. Od staroveku sa používa ako farbivo na látky.}
2. hexakyanoželezitan draselný (III) K₃[Fe(CN)₆]. Ďalším názvom je červená krvná soľ. Používa sa ako kvalitatívne činidlo na stanovenie iónov železa Fe^{2+. V dôsledku toho sa vytvorí modrá zrazenina, ktorá sa nazýva Turnbullova modrá. Používa sa aj ako farbivo na látky.}

Železo v organickej hmote

Železo a jeho zlúčeniny, ako sme videli, majú veľký praktický význam v hospodárskom živote človeka. Okrem toho je však jeho biologická úloha v organizme nemenej veľká, práve naopak.

Je tu jedna veľmi dôležitá organická zlúčenina, bielkovina, ktorá obsahuje tento prvok. Toto je hemoglobín. Vďaka nemu sa transportuje kyslík a uskutočňuje sa rovnomerná a včasná výmena plynu. Preto je úloha železa v životne dôležitom procese - dýchaní - jednoducho obrovská.

Celkovo obsahuje ľudské telo asi 4 gramy železa, ktoré je potrebné neustále dopĺňať konzumovanou potravou.