Какво е степента на окисление на желязото. Голяма енциклопедия на нефта и газа

В земната кора желязото е широко разпространено, което представлява около 4,1% от масата. земната кора(4-то място сред всички елементи, 2-ро сред металите). В мантията и земната кора желязото е концентрирано главно в силикати, докато съдържанието му е значително в основни и ултрабазични скали и ниско в киселинни и междинни скали. Известни са голям брой руди и минерали, съдържащи желязо. С най-голямо практическо значение са червената желязна руда (хематит, Fe 2 O 3; съдържа до 70% Fe), магнитна желязна руда (магнетит, FeFe 2 O 4, Fe 3 O 4; съдържа 72,4% Fe), кафява желязна руда или лимонит (гьотит и хидрогьотит, съответно FeOOH и FeOOH nH 2 O) хематит магнетит лимонит гьотит

Сидерит FeCO 3 съдържа приблизително 35% желязо. Има жълтеникаво бял (със сив или кафяв оттенък в случай на замърсяване) цвят. Siderite Mispikel FeAsS съдържа 34,3% желязо. Mispikel Löllingite FeAs 2 съдържа 27,2% желязо Löllingite илменит FeTiO 3 илменит магномагнетит (Fe, Mg) фиброферит FeSO 4 (OH) 4.5H 2 O ярозит KFe 3 (SO 4) 2 (OH) 6 ярозит

Основните степени на окисление на желязото са +2 и +3. Когато се съхранява на въздух при температури до 200 °C, желязото постепенно се покрива с плътен филм от оксид, който предотвратява по-нататъшното окисляване на метала. При влажен въздух желязото се покрива с хлабав слой ръжда, който не пречи на достъпа на кислород и влага до метала и неговото разрушаване. Ръждата няма постоянно химичен състав, приблизително химична формуламоже да се запише като Fe 2 O 3 xH 2 O. ръждив оксид

Желязото реагира с кислорода при нагряване. Когато желязото се изгаря на въздух, се образува Fe 3 O 4 оксид, когато се изгаря в чист кислород, се образува Fe 2 O 3 оксид. Ако кислородът или въздухът преминат през разтопено желязо, се образува FeO оксид. При нагряване на сяра и железен прах се образува сулфид, чиято приблизителна формула може да бъде записана като FeS. кислородFe 3 O 4Fe 2 O 3 FeO сяра

История

Желязото като инструментален материал е известно от древността. Най-старите изделия от желязо, открити по време на археологически разкопки, датират от 4-то хилядолетие пр.н.е. д. и принадлежат към древните шумерски и древноегипетските цивилизации. Те са направени от метеоритно желязо, тоест сплав от желязо и никел (съдържанието на последния варира от 5 до 30%), бижута от египетски гробници (около 3800 г. пр. н. е.) и кама от шумерския град Ур (около 3100 г. пр.н.е.). Очевидно едно от имената на желязото на гръцки и латински: "sider" (което означава "звезден").

Продуктите от желязо, получени чрез топене, са известни от времето на заселването на арийските племена от Европа в Азия, островите Средиземно море, и след това (края на 4-то и 3-то хилядолетие пр.н.е.). Най-старите известни железни инструменти са стоманени остриета, открити в зидарията на пирамидата на Хеопс в Египет (построена около 2530 г. пр.н.е.). Както показаха разкопките в нубийската пустиня, още в онези дни египтяните се опитваха да отделят добитото злато от тежък магнетитов пясък, калцинирана руда с трици и подобни вещества, съдържащи въглерод. В резултат на това върху повърхността на златната стопилка изплува слой от тесто желязо, който беше обработен отделно. От това желязо са изковани инструменти, включително тези, открити в пирамидата на Хеопс. Въпреки това, след внука на Хеопс Менкаур (2471-2465 г. пр. н. е.), в Египет настъпиха сътресения: благородството, водено от жреците на бог Ра, свали управляващата династия и започна скок на узурпаторите, завършил с присъединяването на фараон от следващата династия Усеркар, когото жреците обявили за син и въплъщение на самия бог Ра (оттогава това станало официалният статут на фараоните). По време на този смут културните и технически познания на египтяните изпаднаха в упадък и точно както изкуството на строежа на пирамидите се влоши, технологията за производство на желязо беше загубена до такава степен, че по-късно, докато изследваха Синайския полуостров в търсене на медна руда, египтяните не обръщат никакво внимание на находищата на желязна руда там, а получават желязо от съседните хети и митанийци.

Първият усвои производството на желязо Hatt, това се посочва от най-старото (2-ро хилядолетие пр. н. е.) споменаване на желязо в текстовете на хетите, които основаха своята империя на територията на Hatt (съвременна Анатолия в Турция). И така, в текста на хетския цар Анитта (около 1800 г. пр.н.е.) се казва:

Когато отидох на поход в град Пурусханда, един човек от град Пурусханда дойде да ми се поклони (...?) и ми подари 1 железен трон и 1 железен скиптър (?) в знак на смирение (?) ...

(източник: Гиоргадзе Г. Г.// Бюлетин древна история. 1965. № 4.)

В древни времена халибите са били известни като майстори на изделия от желязо. Легендата за аргонавтите (походът им към Колхида се състоя около 50 години преди Троянската война) разказва, че царят на Колхида Еет дал на Язон железен плуг, за да оре полето на Арес, а неговите поданици, халибърите, са описани :

Те не орат земята, не садят овощни дървета, не пасат стада в богати ливади; добиват руда и желязо от необработваемата земя и разменят храна за тях. Денят не започва за тях без упорит труд, те прекарват в тъмнината на нощта и гъст дим, работейки по цял ден ...

Аристотел описва техния метод за получаване на стомана: „халибите измиват речния пясък на своята страна няколко пъти - като по този начин отделят черен концентрат (тежка фракция, състояща се главно от магнетит и хематит) и го стопяват в пещи; Така полученият метал имаше сребрист цвят и беше неръждаем."

Магнетитните пясъци, които често се срещат по цялото крайбрежие на Черно море, са били използвани като суровина за топене на стомана: тези магнетитни пясъци се състоят от смес от фини зърна от магнетит, титанов магнетит или илменит и фрагменти от други скали, така че стоманата, топена от халибите, беше легирана и имаше отлични свойства. Такъв особен начин за получаване на желязо предполага, че халибите са разпространявали желязото само като технологичен материал, но техният метод не може да бъде метод за широко разпространено промишлено производство на железни изделия. Въпреки това, тяхното производство беше тласък за по-нататъчно развитиеметалургия на желязото.

В най-дълбока древност желязото е било ценено повече от златото и според описанието на Страбон африканските племена са давали 10 фунта злато за 1 фунт желязо, а според изследванията на историка Г. Арешян цената на медта, среброто, златото и желязото при древните хети е било в съотношение 1: 160: 1280: 6400. В онези дни желязото е било използвано като метал за бижута, от него са правени тронове и други регалии на царската власт: например в библейската книга Второзаконие 3.11 е описано „желязно легло“ на рефаимския цар Ог.

В гробницата на Тутанкамон (около 1350 г. пр. н. е.) е намерена кама, изработена от желязо в златна рамка - вероятно подарък от хетите за дипломатически цели. Но хетите не са се стремили към широкото разпространение на желязото и неговите технологии, което се вижда и от кореспонденцията, достигнала до нас. Египетски фараонТутанкамон и неговият тъст Хатусил, цар на хетите. Фараонът моли да изпрати повече желязо, а царят на хетите уклончиво отговаря, че запасите от желязо са свършили, а ковачите са заети със земеделска работа, така че не може да изпълни молбата на царския зет и изпраща само една кама от „добро желязо ” (т.е. стомана). Както можете да видите, хетите се опитаха да използват знанията си, за да постигнат военни предимства и не дадоха на другите възможност да ги настигнат. Очевидно следователно продуктите от желязо станаха широко разпространени едва след Троянската война и падането на хетите, когато благодарение на търговската дейност на гърците технологията на желязото стана известна на мнозина и бяха открити нови железни находища и мини. Така бронзовата епоха е заменена от желязната.

Според описанията на Омир, въпреки че по време на Троянската война (около 1250 г. пр. н. е.) оръжията са направени предимно от мед и бронз, желязото вече е добре познато и много търсено, макар и повече като благороден метал. Например в 23-та песен на Илиада Омир казва, че Ахил награждава победителя в състезание по хвърляне на диск с железен диск с плач. Ахейците добивали това желязо от троянците и съседните народи (Илиада 7.473), включително от халибите, които се биели на страната на троянците:

„Други мъже от ахейците купиха вино с мен,
Тези за звънене на мед, за сиво желязо сменени,
Тези за волски кожи или волове с високи рога,
Тези за техните пленници. И се приготвя весел празник ... "

Може би желязото е една от причините, които са подтикнали ахейските гърци да се преместят Мала Азиякъдето са научили тайните на производството му. А разкопките в Атина показаха, че още около 1100 г. пр.н.е. д. а по-късно железните мечове, копия, брадви и дори железни гвоздеи вече са широко разпространени. Библейската книга на Исус Навиев 17:16 (вж. Съдии 14:4) описва, че филистимците (библейските „PILISTIM“, а това са били протогръцки племена, свързани с по-късните елини, главно пеласги) са имали много железни колесници, т.е. в това желязо вече е станало широко използвано в големи количества.

Омир в Илиада и Одисея нарича желязото "твърд метал" и описва закаляването на инструментите:

„Бърз фалшификатор, направил брадва или брадва,
Метал във водата, загрявайки го така, че да се удвои
Той имаше крепост, потапя ... "

Омир нарича желязото трудно, тъй като в древни времена основният метод за получаването му е бил процесът на сурово издухване: редуващи се слоеве желязна руда и въглен се калцинират в специални пещи (ковашки - от древния "рог" - рог, тръба, първоначално е била просто тръба, вкопана в земята, обикновено хоризонтално в склона на дере). В огнището железните оксиди се редуцират до метал чрез горещ въглен, който отнема кислород, окислявайки се до въглероден оксид, и в резултат на такова калциниране на руда с въглища се получава тестообразно (гъбесто) желязо. Крицу беше почистен от шлака чрез коване, изстискване на примеси силни ударичук. Първите ковачници имаха относително ниска температура- забележимо по-ниска температуратопене на чугун, така че желязото се оказа сравнително нисковъглеродно. За да се получи здрава стомана, е необходимо многократно калциниране и изковаване на желязната крица с въглища, докато повърхностният слой на метала е допълнително наситен с въглерод и закален. Така се оказа" добро желязо”- и въпреки че изискваше много работа, така получените изделия бяха значително по-здрави и твърди от бронзовите.

В бъдеще те се научиха как да правят по-ефективни пещи (на руски - доменна пещ, домница) за производство на стомана и използваха кожи за подаване на въздух в пещта. Още римляните са успели да доведат температурата в пещта до топене на стомана (около 1400 градуса, а чистото желязо се топи при 1535 градуса). В този случай се образува чугун с точка на топене 1100-1200 градуса, който е много крехък в твърдо състояние (дори не се поддава на коване) и няма еластичността на стоманата. Първоначално се смяташе за вреден страничен продукт. чугун, на руски, чугун, слитъци, откъдето всъщност идва думата чугун), но след това се оказа, че когато се претопи в пещ с повишено движение на въздух, чугунът се превръща в стомана добро качество, тъй като излишният въглерод изгаря. Такъв двуетапен процес за производство на стомана от чугун се оказа по-прост и по-печеливш от bloomery и този принцип се използва без много промяна в продължение на много векове, оставайки и до днес основният метод за производство на желязо материали.

Библиография: Карл Бъкс.Богатството на земните недра. М .: Прогрес, 1986, стр. 244, глава "Желязото"

произход на името

Има няколко версии за произхода на славянската дума "желязо" (белоруски жалез, украински zalizo, старослав. желязо, бълг. желязо, сърбохорв. zhezo, полски. Зелазо, чешки železo, словенски железо).

Една от етимологиите свързва Праслав. *ЗелЕзо с гръцката дума χαλκός , което означава желязо и мед, според друга версия *ЗелЕзосродни на думите *зели"костенурка" и *око"скала", с обща семена "камък". Третата версия предполага древна заемка от непознат език.

Германските езици заемат името желязо (гот. eisarn, Английски желязо, Немски Айзен, нетърл. иджър, дат. jern, шведски жар) от келтски.

Пракелтска дума *isarno-(> OE iarn, OE Bret hoiarn), вероятно се връща към Proto-IE. *h 1 esh 2 r-no- „кървав” със семантичен развой „кървав” > „червен” > „железен”. Според друга хипотеза дадена думавръща се към пра-т.е. *(H)ish 2ro- "силен, свят, притежаващ свръхестествена сила" .

старогръцка дума σίδηρος , може да са заети от същия източник като славянските, германските и балтийските думи за сребро.

Името на естествения железен карбонат (сидерит) идва от лат. сидереус- звезден; наистина, първото желязо, попаднало в ръцете на хората, е с метеоритен произход. Може би това съвпадение не е случайно. По-специално древногръцката дума сидерос (σίδηρος)за желязо и латиница сидус, което означава "звезда", вероятно имат общ произход.

изотопи

Естественото желязо се състои от четири стабилни изотопа: 54 Fe (изотопно изобилие 5,845%), 56 Fe (91,754%), 57 Fe (2,119%) и 58 Fe (0,282%). Известни са и повече от 20 нестабилни изотопа на желязото с масови числа от 45 до 72, най-стабилните от които са 60 Fe (периодът на полуразпад според данните, актуализирани през 2009 г. е 2,6 милиона години), 55 Fe (2,737 години), 59 Fe ( 44,495 дни) и 52 Fe (8,275 часа); останалите изотопи имат полуживот по-малък от 10 минути.

Изотопът на желязото 56 Fe е сред най-стабилните ядра: всички от следните елементи могат да намалят енергията на свързване на нуклон чрез разпадане, а всички предишни елементи по принцип биха могли да намалят енергията на свързване на нуклон поради синтез. Смята се, че поредица от синтези на елементи в ядрата на нормалните звезди завършва с желязо (виж Желязна звезда) и всички следващи елементи могат да се образуват само в резултат на експлозии на свръхнови.

Геохимия на желязото

Хидротермален източник с желязна вода. Железните оксиди оцветяват водата в кафяво

Желязото е един от най-разпространените елементи в слънчева система, особено на планетите от земната група, в частност на Земята. Значителна част от желязото на планетите от земна група се намира в ядрата на планетите, където съдържанието му се оценява на около 90%. Съдържанието на желязо в земната кора е 5%, а в мантията около 12%. От металите желязото е на второ място след алуминия по отношение на изобилие в земната кора. В същото време около 86% от цялото желязо е в ядрото и 14% в мантията. Съдържанието на желязо се увеличава значително в магмените скали с основен състав, където се свързва с пироксен, амфибол, оливин и биотит. В промишлени концентрации желязото се натрупва по време на почти всички екзогенни и ендогенни процеси, протичащи в земната кора. IN морска водажелязото се съдържа в много малки количества от 0,002-0,02 mg/l. В речната вода той е малко по-висок - 2 mg / l.

Геохимични свойства на желязото

Най-важната геохимична характеристика на желязото е наличието на няколко степени на окисление. Желязото в неутрална форма - метално - съставлява ядрото на земята, вероятно присъства в мантията и много рядко се среща в земната кора. Двувалентното желязо FeO е основната форма на желязото в мантията и земната кора. Железният оксид Fe 2 O 3 е характерен за най-горните, най-окислените части на земната кора, по-специално за седиментните скали.

По кристалохимични свойства йонът Fe 2+ е близък до йоните Mg 2+ и Ca 2+, други основни елементи, които съставляват значителна част от всички земни скали. Поради тяхното кристално химично сходство желязото замества магнезия и отчасти калция в много силикати. Съдържанието на желязо в минерали с променлив състав обикновено се увеличава с понижаване на температурата.

железни минерали

Известни са голям брой руди и минерали, съдържащи желязо. С най-голямо практическо значение са червената желязна руда (хематит, Fe 2 O 3; съдържа до 70% Fe), магнитна желязна руда (магнетит, FeFe 2 O 4, Fe 3 O 4; съдържа 72,4% Fe), кафява желязна руда или лимонит (геотит и хидрогетит, съответно FeOOH и FeOOH nH 2 O). Гьотитът и хидрогетитът най-често се срещат в кората на изветряне, образувайки така наречените „железни шапки“, чиято дебелина достига няколкостотин метра. Те могат да бъдат и от седиментен произход, изпадащи от колоидни разтвори в езера или крайбрежни райони на моретата. В този случай се образуват оолитови или бобови железни руди. В тях често се среща вивианит Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O, образуващ черни продълговати кристали и радиално-лъчисти агрегати.

Железните сулфиди също са широко разпространени в природата - пирит FeS 2 (сярен или железен пирит) и пиротин. Те не са желязна руда - пиритът се използва за производство на сярна киселина, а пиротинът често съдържа никел и кобалт.

По запаси от желязна руда Русия е на първо място в света. Съдържанието на желязо в морската вода е 1·10 −5 -1·10 −8%.

Други обичайни железни минерали са:

• Сидеритът - FeCO 3 - съдържа приблизително 35% желязо. Има жълтеникаво-бял (със сив или кафяв оттенък в случай на замърсяване) цвят. Плътността е 3 g / cm³, а твърдостта е 3,5-4,5 по скалата на Mohs.
• Марказит - FeS 2 - съдържа 46,6% желязо. Среща се под формата на жълти, като месинг, бипирамидални ромбични кристали с плътност 4,6-4,9 g / cm³ и твърдост 5-6 по скалата на Mohs.
• Лолингитът - FeAs 2 - съдържа 27,2% желязо и се среща под формата на сребристо-бели бипирамидални ромбични кристали. Плътността е 7-7,4 g / cm³, твърдостта е 5-5,5 по скалата на Mohs.
• Mispikel - FeAsS - съдържа 34,3% желязо. Среща се под формата на бели моноклинни призми с плътност 5,6-6,2 g / cm³ и твърдост 5,5-6 по скалата на Mohs.
• Мелантеритът - FeSO 4 7H 2 O - е по-рядко срещан в природата и представлява зелени (или сиви поради примеси) моноклинни кристали със стъкловиден блясък, крехки. Плътността е 1,8-1,9 g / cm³.
• Вивианит - Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O - се среща под формата на синьо-сиви или зелено-сиви моноклинни кристали с плътност 2,95 g / cm³ и твърдост 1,5-2 по скалата на Mohs.

В допълнение към горните железни минерали, има например:

Основни находища

Според Геоложката служба на САЩ (оценка от 2011 г.) световните доказани запаси от желязна руда са около 178 милиарда тона. Основните находища на желязо са в Бразилия (1-во място), Австралия, САЩ, Канада, Швеция, Венецуела, Либерия, Украйна, Франция, Индия. В Русия желязото се добива в Курската магнитна аномалия (KMA), Колския полуостров, Карелия и Сибир. значителна роля в напоследъкте придобиват дънни океански отлагания, в които желязото, заедно с манган и други ценни метали, се намират в нодули.

Касова бележка

В промишлеността желязото се получава от желязна руда, главно от хематит (Fe 2 O 3) и магнетит (FeO Fe 2 O 3).

Съществуват различни начинидобив на желязо от руди. Най-често срещаният е процесът на домейн.

Първият етап от производството е редукция на желязото с въглерод в доменна пещ при температура 2000 ° C. В доменната пещ въглеродът е под формата на кокс, желязна рудапод формата на агломерат или пелети и флюс (например варовик) се подават отгоре, а отдолу се посрещат от поток от инжектиран горещ въздух.

В пещта въглеродът под формата на кокс се окислява до въглероден оксид. Този оксид се образува при горене при липса на кислород:

На свой ред въглеродният окис възстановява желязото от рудата. За да може тази реакция да протича по-бързо, нагрята въглероден окиспреминали през железен (III) оксид:

Калциевият оксид се свързва със силициев диоксид, образувайки шлака - калциев метасиликат:

Шлаката, за разлика от силициевия диоксид, се топи в пещ. По-лек от желязото, шлаката плува на повърхността - това свойство ви позволява да отделите шлаката от метала. След това шлаката може да се използва в строителството и селско стопанство. Желязната стопилка, получена в доменна пещ, съдържа доста много въглерод (чугун). Освен в такива случаи, когато чугунът се използва директно, той изисква допълнителна обработка.

Излишъкът от въглерод и други примеси (сяра, фосфор) се отстраняват от чугуна чрез окисление в пещи с отворен огнище или в конвертори. Електрическите пещи се използват и за топене на легирани стомани.

В допълнение към процеса на доменна пещ, процесът на директно производство на желязо е често срещан. В този случай предварително натрошената руда се смесва със специална глина, за да се образуват пелети. Пелетите се изпичат и обработват в шахтова пещ с продукти за преобразуване на горещ метан, които съдържат водород. Водородът лесно редуцира желязото:

докато няма замърсяване на желязото с примеси като сяра и фосфор, които са често срещани примеси във въглищата. Желязото се получава в твърда форма и след това се стопява в електрически пещи.

Химически чистото желязо се получава чрез електролиза на разтвори на неговите соли.

Физични свойства

Явлението полиморфизъм е изключително важно за металургията на стоманата. Благодарение на α-γ преходите на кристалната решетка се извършва термичната обработка на стоманата. Без това явление желязото като основа на стоманата не би получило толкова широко приложение.

Желязото е умерено огнеупорен метал. В серия от стандартни електродни потенциали желязото стои преди водорода и лесно реагира с разредени киселини. Така желязото принадлежи към металите със средна активност.

Точката на топене на желязото е 1539 °C, точката на кипене е 2862 °C.

Химични свойства

Характерни степени на окисление

• Киселината не съществува в свободна форма - получени са само нейните соли.

За желязото са характерни степени на окисление на желязото - +2 и +3.

Степента на окисление +2 съответства на черен оксид FeO и зелен хидроксид Fe(OH) 2 . Те са основни. В солите Fe(+2) присъства като катион. Fe(+2) е слаб редуциращ агент.

+3 степени на окисление съответстват на червено-кафяв Fe 2 O 3 оксид и кафяв Fe (OH) 3 хидроксид. Те са амфотерни по природа, въпреки че техните киселинни и основни свойства са слабо изразени. По този начин Fe 3+ йони се хидролизират напълно дори в кисела среда. Fe (OH) 3 се разтваря (и дори тогава не напълно), само в концентрирани алкали. Fe 2 O 3 реагира с алкали само когато се слее, давайки ферити (формални соли на киселина, която не съществува в свободна форма на киселина HFeO 2):

Желязото (+3) най-често проявява слаби окислителни свойства.

Степените на окисление +2 и +3 лесно преминават помежду си, когато редокс условията се променят.

Освен това има Fe 3 O 4 оксид, формалното състояние на окисление на желязото, в което е +8/3. Този оксид обаче може да се разглежда и като железен (II) ферит Fe +2 (Fe +3 O 2) 2 .

Има и степен на окисление +6. Съответният оксид и хидроксид не съществуват в свободна форма, но са получени соли - ферати (например K 2 FeO 4). Желязото (+6) е в тях под формата на анион. Фератите са силни окислители.

Свойства на просто вещество

Когато се съхранява на въздух при температури до 200 ° C, желязото постепенно се покрива с плътен филм от оксид, който предотвратява по-нататъшното окисляване на метала. При влажен въздух желязото се покрива с хлабав слой ръжда, който не пречи на достъпа на кислород и влага до метала и неговото разрушаване. Ръждата няма постоянен химичен състав, приблизително нейната химична формула може да бъде написана като Fe 2 O 3 xH 2 O.

Съединения на желязо(II).

Железният оксид (II) FeO има основни свойства, съответства на основата Fe (OH) 2. Солите на желязото (II) имат светлозелен цвят. Когато се съхраняват, особено във влажен въздух, те стават кафяви поради окисление до желязо (III). Същият процес протича при съхранение на водни разтвори на соли на желязо (II):

От железните (II) соли във водни разтвори солта на Мор е стабилна - двоен амониев и железен (II) сулфат (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O.

Калиев хексацианоферат (III) K 3 (червена кръвна сол) може да служи като реагент за Fe 2+ йони в разтвор. Когато Fe 2+ и 3− йони взаимодействат, Turnbull Blue преципитира:

За количествено определяне на желязо (II) в разтвор се използва фенантролин Phen, който образува червен комплекс FePhen 3 с желязо (II) (максимум на абсорбция на светлина - 520 nm) в широк диапазон на рН (4-9).

Съединения на желязо(III).

Съединенията на желязото (III) в разтвори се редуцират от метално желязо:

Желязото (III) е в състояние да образува двойни сулфати с еднократно заредени катиони от типа на стипца, например KFe (SO 4) 2 - калиево-желязна стипца, (NH 4) Fe (SO 4) 2 - желязна амониева стипца и др.

За качествено откриване на съединения на желязо(III) в разтвор се използва качествената реакция на Fe 3+ йони с тиоцианатни йони SCN −. Когато Fe 3+ йони взаимодействат с SCN - аниони, се образува смес от яркочервени железни тиоцианатни комплекси 2+ , + , Fe(SCN) 3 , -. Съставът на сместа (а оттам и интензивността на нейния цвят) зависи от различни фактори, така че този метод не е приложим за точното качествено определяне на желязото.

Друг висококачествен реагент за Fe 3+ йони е калиев хексацианоферат (II) K 4 (жълта кръвна сол). Когато Fe 3+ и 4− йони взаимодействат, се утаява ярко синя утайка от пруско синьо:

Съединения на желязо(VI).

Оксидиращи свойстваФератите се използват за дезинфекция на водата.

Железни съединения VII и VIII

Има съобщения за електрохимично получаване на съединения на желязото (VIII). , , , обаче, няма независими разработки, потвърждаващи тези резултати.

Приложение

Желязна руда

Желязото е един от най-използваните метали, което представлява до 95% от световното металургично производство.

• Желязото е основният компонент на стоманите и чугуните - най-важните конструкционни материали.
• Желязото може да бъде част от сплави на базата на други метали - например никел.
• Магнитният железен оксид (магнетит) е важен материал в производството на устройства с дълготрайна компютърна памет: твърди дискове, флопи дискове и др.
• Ултрафиният прах от магнетит се използва в много черно-бели лазерни принтери, смесен с полимерни гранули като тонер. Той използва както черния цвят на магнетита, така и способността му да се придържа към намагнетизирана трансферна ролка.
• Уникалните феромагнитни свойства на редица сплави на основата на желязо допринасят за тяхното широко използванепо електротехника за магнитни вериги на трансформатори и електродвигатели.
• Железен (III) хлорид (железен хлорид) се използва в радиолюбителската практика за ецване на печатни платки.
• Железен сулфат (железен сулфат), смесен с меден сулфат, се използва за борба с вредните гъбички в градинарството и строителството.
• Желязото се използва като анод в желязо-никелови батерии, желязо-въздушни батерии.
• Водните разтвори на железни и железни хлориди, както и неговите сулфати се използват като коагуланти при пречистването на природни и Отпадъчни водипри пречистване на вода в промишлени предприятия.

Биологичното значение на желязото

В живите организми желязото е важен микроелемент, който катализира процесите на обмен на кислород (дишане). Тялото на възрастен съдържа около 3,5 грама желязо (около 0,02%), от които 78% са основният активен елемент на кръвния хемоглобин, останалата част е част от ензимите на други клетки, катализиращи процесите на дишане в клетките. Недостигът на желязо се проявява като заболяване на тялото (хлороза при растенията и анемия при животните).

Обикновено желязото влиза в ензимите като комплекс, наречен хем. По-специално, този комплекс присъства в хемоглобина, най-важният протеин, който осигурява транспортирането на кислород с кръвта до всички органи на хората и животните. И именно той оцветява кръвта в характерен червен цвят.

Железни комплекси, различни от хема, се намират например в ензима метан монооксигеназа, който окислява метана до метанол, във важния ензим рибонуклеотид редуктаза, който участва в синтеза на ДНК.

Неорганичните съединения на желязото се намират в някои бактерии и понякога се използват от тях за свързване на атмосферния азот.

Желязото навлиза в тялото на животните и хората с храна (черен дроб, месо, яйца, бобови растения, хляб, зърнени храни, цвекло са най-богати на него). Интересното е, че веднъж спанакът беше погрешно включен в този списък (поради печатна грешка в резултатите от анализа - „допълнителната“ нула след десетичната запетая беше загубена).

Излишната доза желязо (200 mg или повече) може да причини токсичен ефект. Предозирането на желязо потиска антиоксидантната система на тялото, така че използвайте добавки с желязо здрави хораНе се препоръчва.

Бележки

Източници (към раздел История)

• Г. Г. Гиоргадзе.„Текстът на Анитта“ и някои въпроси от ранната история на хетите
• Р. М. Абрамишвили.По въпроса за развитието на желязото на територията на Източна Грузия, VGMG, XXII-B, 1961.
• Хахутайшвили Д. А.За историята на древната колхийска металургия на желязото. Въпроси на древната история (Кавказко-близкоизточен сборник, брой 4). Тбилиси, 1973 г.
• Херодот."История", 1:28.
• Омир.Илиада, Одисея.
• Вергилий.„Енеида“, 3:105.
• Аристотел.„За невероятните слухове”, II, 48. ВДИ, 1947, № 2, с. 327.
• Ломоносов М.В.Първите основи на металургията.

Вижте също

• Категория: Съединения на желязото

Връзки

• Заболявания, причинени от дефицит и излишък на желязо в човешкото тяло

13. ХРОМОВИ ЕЛЕМЕНТИ ПОДГРУПА.

атомно число	Име	Електронен конфигурация	ρ g/cm3	tpl. 0C	кипене 0C	EO	Атомен радиус, nm	Степен окисляване
26	Желязо Fe	3d64s2	7,87	1535	2750	1,64	0,128	+2,+3
27	Cobalt Co	3d74s2	8,9	1495	2870	1,7	0,125	+2,+3
28	Никел Ni	3d8 4s2	8,9	1453	2732	1,75	0,124	+1,+2,+3,+4

Касова бележка
метали от подгрупата на желязото

Възстановяване от оксиди с въглерод или въглероден оксид (II)

FeO + C Fe + CO
Fe 2 O 3 + 3CO 2Fe + 3CO 2
NiO + C Ni + CO
Co 2 O 3 + 3C 2Co + 3CO

Fe
d- елемент от VIII група; сериен номер – 26; атомна маса- 56; (26p; 30n), 26e

Метал със средна активност, редуциращ агент.
Основни степени на окисление - +2, +3

Желязото и неговите съединения

Химични свойства

Във въздуха желязото лесно се окислява в присъствието на влага (ръждясва):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O 4Fe(OH) 3

Нагрята желязна тел гори в кислород, образувайки мащаб - железен оксид (II, III):

3Fe + 2O 2 Fe 3 O 4

При висока температура(700–900 0 C) желязото реагира с водна пара:

3Fe + 4H 2 O Fe 3 O 4 + 4H 2
Желязото реагира с неметали при нагряване:

2Fe + 3Br 2 2FeBr 3
Fe + S FeS
Желязото лесно се разтваря в солна и разредена сярна киселина:

Fe + 2HCl FeCl 2 + H 2
Fe + H 2 SO 4 (разб.) FeSO 4 + H 2

В концентрирани окислителни киселини желязото се разтваря само при нагряване.

2Fe + 6H 2 SO 4 (конц.) Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
Fe + 6HNO 3 (конц.) Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

(на студено концентрираните азотна и сярна киселина пасивират желязото).
Желязото измества металите вдясно от него в поредицата от напрежения от разтвори на техните соли.

Fe + CuSO 4 FeSO 4 + Cu

Връзки двувалентно желязо

Железен(II) хидроксид

Образува се при действието на алкални разтвори върху соли на желязо (II) без достъп на въздух:

FeCl + 2KOH 2KCl + Fe(OH) 2

Fe (OH) 2 - слаба основа, разтворима в силни киселини:

Fe(OH) 2 + H 2 SO 4 FeSO 4 + 2H 2 O

Когато Fe (OH) 2 се калцинира без достъп на въздух, се образува железен оксид (II) FeO:

Fe(OH) 2 FeO + H 2 O

В присъствието на атмосферен кислород бяла утайка Fe (OH) 2, окислявайки се, става кафява - образувайки железен (III) хидроксид Fe (OH) 3:

4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O 4Fe(OH) 3

Съединенията на желязо (II) имат редуциращи свойства, лесно се превръщат в съединения на желязо (III) под действието на окислители:

10FeSO 4 + 2KMnO 4 + 8H 2 SO 4 5Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 8H 2 O
6FeSO 4 + 2HNO 3 + 3H 2 SO 4 3Fe 2 (SO 4) 3 + 2NO + 4H 2 O

Съединенията на желязото са склонни към образуване на комплекси (координационно число = 6):

FeCl2 + 6NH3Cl2
Fe(CN)2 + 4KCN K4 (жълта кръвна сол)

Качествена реакция за Fe 2+

Под действието на калиев хексацианоферат (III) K 2 (червена кръвна сол) върху разтвори на железни соли се образува синя утайка (turnbull blue):

3FeSO 4 + 2K 3 Fe 3 + 3K 2 SO 4

Желязни съединения

Железен(III) оксид

Образува се при изгарянето на железни сулфиди, например при изпичане на пирит:

4FeS 2 + 11O 2 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

или при калциниране на железни соли:

2FeSO 4 Fe 2 O 3 + SO 2 + SO 3

Fe 2 O 3 - основен оксид, леко амфотерни

Fe 2 O 3 + 6HCl 2FeCl 3 + 3H 2 O

Fe 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O 2Na

Железен(III) хидроксид

Образува се при действието на алкални разтвори върху соли на тривалентно желязо: утаява се като червено-кафява утайка

Fe(NO 3) 3 + 3KOH Fe(OH) 3 + 3KNO 3

Fe (OH) 3 е по-слаба основа от железен (II) хидроксид.
Това се обяснява с факта, че Fe 2+ има по-малък йонен заряд и по-голям радиус от Fe 3+ и следователно Fe 2+ задържа хидроксидните йони по-слабо, т.е. Fe(OH) 2 се дисоциира по-лесно.
В тази връзка солите на желязото (II) се хидролизират слабо, а солите на желязото (III) са много силно хидролизирани. Цветът на разтворите на Fe(III) соли също се обяснява с хидролизата: въпреки факта, че Fe3+ йонът е почти безцветен, разтворите, които го съдържат, са оцветени в жълто-кафяво, което се обяснява с наличието на железни хидроксиони или Fe(OH )3 молекули, които се образуват при хидролиза:

Fe 3+ + H 2 O 2 + + H +
2 + + H 2 O + + H +
+ + H2O Fe(OH) 3 + H +

При нагряване цветът потъмнява, а при добавяне на киселини става по-светъл поради потискане на хидролизата. Fe (OH) 3 има слабо изразена амфотерност: разтваря се в разредени киселини и в концентрирани алкални разтвори:

Fe(OH) 3 + 3HCl FeCl 3 + 3H 2 O

Fe(OH) 3 + NaOH Na

Съединенията на желязото (III) са слаби окислители, те реагират със силни редуциращи агенти:

2FeCl3 + H2S S + 2FeCl2 + 2HCl

Качествени реакциина Fe3+

Страница 3

На фиг. V.8 показва корелационна схема, която дава представа за интервалите на 57Fe изомерни смени за железни съединения. Степента на окисление на желязото може да варира от 0 до 6 и не е толкова лесно да се характеризира с 57Fe изомерното изместване.

Редукционната атмосфера води до намаляване на степента на окисление на желязото в шлаката, докато в окислителна атмосфера под действието на високи температурипламъкът продължава да разлага висшите оксиди на желязото. Увеличаването на степента на окисляване на желязото в шлаката чрез действието на окислителна атмосфера е възможно само при температура на пламъка под 1200 С и голяма повърхност на шлаката.

Съдържанието на Al2O3 и алкали се променя доста рязко в скалите. Степента на окисление на желязото остава постоянна.

Проба С със степен на окисление 13% няма пластична област и шлаката се държи като стъкло. С увеличаване на степента на окисление на желязото до 30 или 56% се появява завой в кривите на вискозитет на проби В и А, което показва, че шлаката на мястото на завоя преминава в пластично състояние.

Но степента на окисление на сярата, която е част от тези йони, е различна. В първия случай степента на окисление на желязото съвпада с заряда на прост Fe2 йон и с валентността на желязото. По този начин валентността на даден елемент в комплексно съединение се нарича общото количество връзки, които централният атом, комплексообразувателят, има в това съединение.

Склонността към комплексообразуване се потвърждава и от съществуването на типични двойни соли като шенити и стипци. В това съединение степента на окисление на желязо 2 се стабилизира, докато сулфатът FeSO4 в воден разтворсклонни към окисление от атмосферния кислород. Никелът не образува такива съединения, тъй като степента на окисление 3 за този елемент е толкова нехарактерна, че дори не се стабилизира в двойни соли.

Това повишаване на степента на окисление на желязото в шлаката продължава до температура от около 1200 С. С по-нататъшно повишаване на температурата на шлаката степента на окисление на желязото намалява значително.

Както е посочено, централният железен атом лежи в равнината на 16-членния порфиров пръстен и е свързан с азотните атоми на пироловите пръстени чрез четири от шестте налични валенции и следователно остават две валенции за завършване на октаедричния комплекс; тези валенции са над и под чертожната равнина на показания модел. Освен това трябва да се вземе предвид и степента на окисляване на желязото; когато желязото е в железно състояние, както е показано на фигурата, протопорфиринът се нарича тема или, по-ясно, ферогем. Ако хемът е в свободно състояние в разтвор и не е свързан с протеина, тогава се приема, че две водни молекули са в координация с петата и шестата позиция на валентността на желязото. Джордж обозначава този феррогем по следния начин: H2O - Fep-H. Когато се окисли, той преминава в H O Fep NaO с един положителен заряд. Този ферихем може да координира хлорния йон с прехода към H2O - Fep-Cl и в този случай се нарича хемин; с координиран хидроксилен йон, феригемът се обозначава като хематин H2O - Pep-OH, въпреки че тези термини понякога се използват по-малко конкретно, само за да се посочи наличието на железен оксид. Координацията на други молекули също е възможна и координацията с водороден пероксид играе роля на първо място. Ferrohem лесно координира азотни основи, като пиридин, образувайки хемохромогеи B-Fp-B.Същото съединение с ферихем B-Fep-B се нарича парахематин.

Чрез магнитния метод е установено наличието и количествената оценка на валентни връзки между съседни положителни йони. По този начин, в Fe203 върху носител A1203 степента на окисление на желязото е три, но в същото време съседните железни атоми образуват ковалентна връзка помежду си.

Чрез магнитния метод е установено наличието и количествената оценка на валентни връзки между съседни положителни йони. По този начин в Fe2O3 върху носител A12O3 степента на окисление на желязото е три, но в същото време съседните железни атоми образуват ковалентна връзка помежду си.

Ако разгледаме хидроксидите Fe (OH) 2 и Fe (OH) 3, тогава от гледна точка на схемата на Kossel, киселинните свойства на втория хидроксид трябва да бъдат по-изразени от първия. Това следва от факта, че колкото по-висока е степента на окисление на желязото (дори ако приемем, че радиусите на йоните Fe2 и Fe3 са еднакви), толкова по-високо е отблъскването на протона и толкова по-изразени са киселинните свойства на съответните хидроксид. Ако вземем предвид, че радиусът на йона Fe3 е малко по-малък от този на йона Fe2, тогава по-голямото отблъскване на протона в съединението Fe (OH) 3 в сравнение с Fe (OH) 2 става още по-очевидно.

Част от железните оксиди се редуцира до метално желязо, другата част до [азотен оксид]; освен това върху тях се отделя въглерод. Количеството кислород, което все още се съдържа в рудата, характеризира степента на окисляване на желязото.

Ако след предварителните тестове остане съмнение дали присъства железен йон, могат да се извършат реакции за проверка. Но трябва да се помни, че с този тест вече не е възможно да се установи първоначалната степен на окисление на желязото в анализираната проба.

Само в присъствието на силни окислители е възможно да се получат доста крехки производни на желязна киселина H2FeO4 със степен на окисление на желязото 6, но не беше възможно да се изолира съответният оксид. Ако RuO4 е нискостабилно вещество, което се получава индиректно, тогава OsO4 е напълно стабилно съединение, образувано по време на окисляването на метал във въздуха.