Järnföreningar. Järn: fysikaliska och kemiska egenskaper

2024 Författare: Angel Austin | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-02 17:56

De första produkterna gjorda av järn och dess legeringar hittades under utgrävningar och går tillbaka till omkring det 4:e årtusendet f. Kr. Det vill säga, till och med de forntida egyptierna och sumererna använde meteoritavlagringar av detta ämne för att tillverka smycken och hushållsartiklar, såväl som vapen.

Idag är olika sorters järnföreningar, samt ren metall, de vanligaste och mest använda ämnena. Inte konstigt att 1900-talet ansågs vara järn. När allt kommer omkring, före tillkomsten och den utbredda användningen av plast och relaterade material, var det denna förening som var av avgörande betydelse för människor. Vad är detta grundämne och vilka ämnen det bildar kommer vi att överväga i den här artikeln.

Kemiskt element järn

Om vi betraktar atomens struktur, bör vi först och främst ange dess placering i det periodiska systemet.

1. Ordinalnummer - 26.
2. Perioden är den fjärde stora.
3. Åttonde grupp, sekundär undergrupp.
4. Atomvikt är 55 847.
5. Strukturen av det yttre elektronskalet indikeras av formeln 3d⁶4s^2.
6. Kemiskt elementsymbol - Fe.
7. Namn - strykjärn, inläsningformel - "ferrum".
8. I naturen finns det fyra stabila isotoper av grundämnet i fråga med masstalen 54, 56, 57, 58.

Kemiska grundämnet järn har också ett 20-tal olika isotoper som inte är stabila. Möjlig oxidation säger att denna atom kan uppvisa:

• 0;
• +2;
• +3;
• +6.

Inte bara själva grundämnet är viktigt, utan också dess olika föreningar och legeringar.

Fysiska egenskaper

Som ett enkelt ämne har järn fysikaliska egenskaper med uttalad metallicitet. Det vill säga, det är en silvervit metall med en grå nyans, som har en hög grad av duktilitet och duktilitet och en hög smält- och kokpunkt. Om vi överväger egenskaperna mer i detalj, då:

• smältpunkt - 1539 0С;
• boil - 2862 0C;
• aktivitet – medium;
• refraktär - hög;
• visar uttalade magnetiska egenskaper.

Beroende på förhållanden och olika temperaturer finns det flera modifieringar som järn bildar. Deras fysikaliska egenskaper skiljer sig från det faktum att kristallgittren skiljer sig åt.

1. Alfaformen, eller ferrit, finns upp till en temperatur på 769 0C.
2. Från 769 till 917 0C – betaform.
3. 917-1394 0С - gammaform, eller austenit.
4. Över 1394 0S - sigma järn.

Alla ändringar harolika typer av struktur av kristallgitter, och skiljer sig även i magnetiska egenskaper.

Kemiska egenskaper

Som nämnts ovan uppvisar det enkla ämnet järn medelhög kemisk aktivitet. Men i fint dispergerat tillstånd kan den antändas spontant i luft, medan själva metallen brinner ut i rent syre.

Korrosionsförmågan är hög, så legeringarna av detta ämne är belagda med legeringsföreningar. Järn kan interagera med:

• acids;
• syre (inklusive luft);
• grå;
• halogener;
• vid uppvärmning - med kväve, fosfor, kol och kisel;
• med s alter av mindre aktiva metaller, vilket reducerar dem till enkla ämnen;
• med livesteam;
• med järns alter i oxidationstillstånd +3.

Det är uppenbart att metallen, med sådan aktivitet, kan bilda olika föreningar, olika och polära i egenskaper. Och så händer det. Järn och dess föreningar är extremt olika och används inom olika grenar av vetenskap, teknik, industriell mänsklig aktivitet.

Utbredning i naturen

Naturliga järnföreningar är ganska vanliga, eftersom det är det näst vanligaste grundämnet på vår planet efter aluminium. Samtidigt, i sin rena form, är metallen extremt sällsynt, som en del av meteoriter, vilket indikerar dess stora ansamlingar i rymden. Huvudmassan finns i sammansättningen av malmer, bergarter och mineraler.

Ifför att tala om procentandelen av elementet i fråga i naturen, då kan följande siffror anges.

1. De jordiska planeternas kärnor - 90%.
2. I jordskorpan - 5%.
3. I jordens mantel - 12%.
4. I jordens kärna - 86%.
5. I flodvatten - 2 mg/l.
6. I havet och havet - 0,02 mg/l.

De vanligaste järnföreningarna bildar följande mineral:

• magnetite;
• limonit eller brun järnsten;
• vivianite;
• pyrrhotite;
• pyrit;
• siderite;
• marcasite;
• lellingite;
• Mipicel;
• milanterit och andra.

Det här är långt ifrån en komplett lista, eftersom det verkligen finns många av dem. Dessutom är olika legeringar som skapas av människan utbredda. Dessa är också sådana järnföreningar, utan vilka det är svårt att föreställa sig människors moderna liv. Dessa inkluderar två huvudtyper:

• gjutjärn;
• stål.

Det är också järn som är ett värdefullt tillskott till många nickellegeringar.

Järn(II)-föreningar

Dessa inkluderar de där oxidationstillståndet för det bildande elementet är +2. De är ganska många eftersom de inkluderar:

• oxide;
• hydroxide;
• binära föreningar;
• komplexa s alter;
• komplexa föreningar.

Formlerna för kemiska föreningar där järn uppvisar den angivna oxidationsgraden är individuella för varje klass. Tänk på de viktigaste och vanligaste av dem.

1. Järnoxid (II). Svart pulver, olösligt i vatten. Anslutningens natur är grundläggande. Det kan snabbt oxidera, men det kan också lätt reduceras till ett enkelt ämne. Det löser sig i syror för att bilda motsvarande s alter. Formel – FeO.
2. Järn(II)hydroxid. Det är en vit amorf fällning. Bildas genom reaktion mellan s alter och baser (alkalier). Den visar svaga grundegenskaper, kan snabbt oxidera i luft till järnföreningar +3. Formel - Fe(OH)_2.
3. S alter av ett grundämne i det angivna oxidationstillståndet. Som regel har de en blekgrön färg på lösningen, oxiderar väl även i luft, får en mörkbrun färg och förvandlas till järns alter 3. De löses upp i vatten. Sammansatta exempel: FeCL₂, FeSO₄, Fe(NO₃)_2.

Praktiskt värde bland de angivna ämnena har flera föreningar. Först järn(II)klorid. Detta är huvudleverantören av joner till människokroppen med anemi. När en sådan sjukdom diagnostiseras hos en patient, ordineras han komplexa preparat, som är baserade på föreningen i fråga. Det är så järnbrist i kroppen fylls på.

För det andra används järnsulfat, det vill säga järn(II)sulfat, tillsammans med koppar för att förstöra jordbrukets skadedjur i grödor. Metoden har bevisat sin effektivitet i mer än ett decennium, därför är den mycket uppskattad av trädgårdsmästare och trädgårdsmästare.

Mora S alt

Denna anslutningsom är ett hydratiserat järn- och ammoniumsulfat. Dess formel är skriven som FeSO₄(NH₄)₂SO₄ 6H_{2O. En av föreningarna av järn (II), som används mycket i praktiken. De viktigaste områdena för mänsklig användning är följande.}

1. Farmaceuticals.
2. Vetenskaplig forskning och titrimetriska laboratorieanalyser (för bestämning av krom, kaliumpermanganat, vanadin).
3. Medicin - som tillsats till mat med brist på järn i patientens kropp.
4. För impregnering av träprodukter, eftersom Moras alt skyddar mot rötningsprocesser.

Det finns andra områden där detta ämne används. Den fick sitt namn för att hedra den tyska kemisten som först upptäckte manifesterade egenskaper.

Ämnen med järn(III) oxidationstillstånd

Järnföreningarnas egenskaper, i vilka de uppvisar ett oxidationstillstånd på +3, skiljer sig något från de som diskuterats ovan. Således är naturen hos motsvarande oxid och hydroxid inte längre basisk, utan uttalad amfotär. Låt oss ge en beskrivning av huvudämnena.

1. Järnoxid (III). Pulvret är finkristallint, rödbrun till färgen. Det löser sig inte i vatten, uppvisar något sura, mer amfotära egenskaper. Formel: Fe₂O_3.
2. Järn(III)hydroxid. Ett ämne som fälls ut när alkalier reagerar med motsvarande järns alter. Dess karaktär uttalas amfoterisk, färgen är brunbrun. Formel: Fe(OH)_3.
3. S alter, som inkluderar katjonen Fe³⁺. Många av dessa har isolerats, med undantag för karbonat, eftersom hydrolys sker och koldioxid frigörs. Exempel på formler för vissa s alter: Fe(NO₃)₃, Fe₂(SO4₎3_{, FeCL}3, _FeBr3 _{och andra.}

Bland exemplen ovan, ur praktisk synvinkel, ett sådant kristallint hydrat som FeCL₃6H_{2O, eller järnkloridhexahydrat är viktigt (III). Det används inom medicin för att stoppa blödningar och fylla på järnjoner i kroppen vid anemi.}

Järn(III)sulfat 9-hydrat används för att rena dricksvatten eftersom det fungerar som koagulant.

Järn(VI)-föreningar

Formlerna för de kemiska föreningarna av järn, där det uppvisar ett speciellt oxidationstillstånd på +6, kan skrivas på följande sätt:

• K₂FeO_4;
• Na₂FeO_4;
• MgFeO_{4 och andra.}

Alla har ett gemensamt namn - ferrater - och har liknande egenskaper (starka reduktionsmedel). De kan också desinficera och har en bakteriedödande effekt. Detta gör att de kan användas för behandling av dricksvatten i industriell skala.

Komplexa föreningar

Specialämnen är mycket viktiga i analytisk kemi och inte bara. De som bildas i vattenlösningar av s alter. Dessa är komplexa föreningar av järn. De mest populära och väl undersökta är följande.

1. Kaliumhexacyanoferrat (II)K₄[Fe(CN)₆]. Ett annat namn för föreningen är gult blods alt. Den används för kvalitativ bestämning av Fe³⁺ järnjon i lösning. Som ett resultat av exponeringen får lösningen en vacker klarblå färg, eftersom ett annat komplex bildas - preussisk blå KFe³⁺[Fe²⁺ (CN) _{6]. Sedan urminnes tider har det använts som färgämne för tyg.}
2. Kaliumhexacyanoferrat (III) K₃[Fe(CN)₆]. Ett annat namn är rött blods alt. Används som ett kvalitativt reagens för bestämning av järnjon Fe^{2+. Som ett resultat bildas en blå fällning, som kallas Turnbull blue. Används även som tygfärg.}

Järn i organiskt material

Järn och dess föreningar är, som vi har sett, av stor praktisk betydelse i människans ekonomiska liv. Men utöver detta är dess biologiska roll i kroppen inte mindre stor, tvärtom.

Det finns en mycket viktig organisk förening, protein, som inkluderar detta element. Detta är hemoglobin. Det är tack vare honom som syre transporteras och enhetlig och snabb gasutbyte utförs. Därför är järnets roll i den vitala processen - andningen - helt enkelt enorm.

Tot alt innehåller människokroppen cirka 4 gram järn, som ständigt måste fyllas på genom mat som konsumeras.