Dzelzs savienojumi. Dzelzs: fizikālās un ķīmiskās īpašības

2024 Autors: Angel Austin | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-02 17:52

Pirmie izstrādājumi, kas izgatavoti no dzelzs un tās sakausējumiem, tika atrasti izrakumu laikā un datēti ar aptuveni 4. gadu tūkstoti pirms mūsu ēras. Tas ir, pat senie ēģiptieši un šumeri izmantoja šīs vielas meteorītu nogulsnes, lai izgatavotu rotaslietas un sadzīves priekšmetus, kā arī ieročus.

Mūsdienās visizplatītākās un lietotās vielas ir dažāda veida dzelzs savienojumi, kā arī tīrs metāls. Nav brīnums, ka 20. gadsimts tika uzskatīts par dzelzi. Galu galā, pirms plastmasas un ar to saistīto materiālu parādīšanās un plašas izmantošanas, tieši šim savienojumam bija izšķiroša nozīme cilvēkiem. Kas ir šis elements un kādas vielas tas veido, mēs apskatīsim šajā rakstā.

Ķīmiskā elementa dzelzs

Ja ņemam vērā atoma uzbūvi, tad vispirms jānorāda tā atrašanās vieta periodiskajā sistēmā.

1. Kārtuma skaitlis - 26.
2. Periods ir ceturtais lielais.
3. Astotā grupa, sekundārā apakšgrupa.
4. Atomu svars ir 55, 847.
5. Ārējā elektronu apvalka struktūru norāda formula 3d⁶4s^2.
6. Ķīmiskā elementa simbols - Fe.
7. Vārds - gludeklis, lasīšana iekšāformula - "ferrum".
8. Dabā ir četri stabili attiecīgā elementa izotopi ar masas skaitļiem 54, 56, 57, 58.

Ķīmiskajam elementam dzelzs ir arī aptuveni 20 dažādi izotopi, kas nav stabili. Iespējamie oksidācijas stāvokļi, kas šim atomam var būt:

• 0;
• +2;
• +3;
• +6.

Svarīgs ir ne tikai pats elements, bet arī dažādi tā savienojumi un sakausējumi.

Fizikālās īpašības

Kā vienkāršai vielai dzelzs ir fizikālās īpašības ar izteiktu metāliskumu. Tas ir, tas ir sudrabaini b alts metāls ar pelēku nokrāsu, kam ir augsta elastības pakāpe un augsta kušanas un viršanas temperatūra. Ja aplūkojam raksturlielumus sīkāk, tad:

• kušanas temperatūra - 1539 0С;
• vāra - 2862 0C;
• aktivitāte - vidēja;
• ugunsizturīgs - augsts;
• parāda izteiktas magnētiskās īpašības.

Atkarībā no apstākļiem un dažādām temperatūrām ir vairākas modifikācijas, kuras veido dzelzs. To fizikālās īpašības atšķiras no tā, ka kristāla režģi atšķiras.

1. Alfa forma jeb ferīts pastāv līdz temperatūrai 769 0C.
2. No 769 līdz 917 0C - beta forma.
3. 917-1394 0С - gamma forma vai austenīts.
4. Vairāk nekā 1394 0S - sigma dzelzs.

Visām modifikācijām irdažādu veidu kristāla režģu struktūras, kā arī atšķiras pēc magnētiskajām īpašībām.

Ķīmiskās īpašības

Kā minēts iepriekš, vienkāršajai vielai dzelzs uzrāda vidēju ķīmisko aktivitāti. Tomēr smalki izkliedētā stāvoklī tas var spontāni aizdegties gaisā, savukārt metāls pats izdeg tīrā skābeklī.

Korozijas spēja ir augsta, tāpēc šīs vielas sakausējumi ir pārklāti ar leģējošiem savienojumiem. Dzelzs spēj mijiedarboties ar:

• skābes;
• skābeklis (ieskaitot gaisu);
• pelēks;
• halogēni;
• karsējot - ar slāpekli, fosforu, oglekli un silīciju;
• ar mazāk aktīvo metālu sāļiem, reducējot tos līdz vienkāršām vielām;
• ar tiešraidi;
• ar dzelzs sāļiem oksidācijas stāvoklī +3.

Acīmredzami, ka, parādot šādu aktivitāti, metāls spēj veidot dažādus savienojumus, pēc īpašībām daudzveidīgus un polārus. Un tā arī notiek. Dzelzs un tās savienojumi ir ārkārtīgi daudzveidīgi un tiek izmantoti dažādās zinātnes, tehnikas, rūpnieciskās cilvēka darbības nozarēs.

Izplatieties dabā

Dabīgie dzelzs savienojumi ir diezgan izplatīti, jo tas ir otrs visbiežāk sastopamais elements uz mūsu planētas aiz alumīnija. Tajā pašā laikā metāls tīrā veidā ir ārkārtīgi reti sastopams meteorītu sastāvā, kas norāda uz tā lielajiem uzkrājumiem kosmosā. Galvenā masa ir rūdu, iežu un minerālu sastāvā.

Jalai runātu par attiecīgā elementa procentuālo daudzumu dabā, tad var dot šādus skaitļus.

1. Sauszemes planētu kodoli - 90%.
2. Zemes garozā - 5%.
3. Zemes apvalkā - 12%.
4. Zemes kodolā - 86%.
5. Upes ūdenī - 2 mg/l.
6. Jūrā un okeānā - 0,02 mg/l.

Visizplatītākie dzelzs savienojumi veido šādus minerālus:

• magnetīts;
• limonīts vai brūns dzelzs akmens;
• vivianite;
• pirotīts;
• pirīts;
• siderite;
• markasite;
• lellingite;
• Mispicel;
• milanterīts un citi.

Tas ir tālu no pilnīga saraksta, jo to ir patiešām daudz. Turklāt ir plaši izplatīti dažādi sakausējumi, ko radījis cilvēks. Tie arī ir tādi dzelzs savienojumi, bez kuriem grūti iedomāties mūsdienu cilvēku dzīvi. Tie ietver divus galvenos veidus:

• čuguns;
• tērauds.

Tā ir arī dzelzs, kas ir vērtīgs papildinājums daudziem niķeļa sakausējumiem.

Dzelzs(II) savienojumi

Tie ietver tos, kuros veidojošā elementa oksidācijas pakāpe ir +2. To ir diezgan daudz, jo tajos ietilpst:

• oksīds;
• hidroksīds;
• bināri savienojumi;
• kompleksie sāļi;
• sarežģīti savienojumi.

Ķīmisko savienojumu formulas, kurās dzelzs uzrāda norādīto oksidācijas pakāpi, katrai klasei ir individuālas. Apsveriet vissvarīgākās un izplatītākās no tām.

1. Dzelzs oksīds (II). Melns pulveris, nešķīst ūdenī. Savienojuma būtība ir pamata. Tas spēj ātri oksidēties, tomēr to var arī viegli reducēt līdz vienkāršai vielai. Tas izšķīst skābēs, veidojot atbilstošus sāļus. Formula - FeO.
2. Dzelzs(II) hidroksīds. Tās ir b altas amorfas nogulsnes. Veidojas sāļu reakcijā ar bāzēm (sārmiem). Uzrāda vājas pamata īpašības, spēj ātri oksidēties gaisā līdz dzelzs savienojumiem +3. Formula - Fe(OH)_2.
3. Elementa sāļi norādītajā oksidācijas stāvoklī. Parasti tiem ir gaiši zaļa šķīduma krāsa, tie labi oksidējas pat gaisā, iegūstot tumši brūnu krāsu un pārvēršoties dzelzs sāļos. 3. Tie izšķīst ūdenī. Salikti piemēri: FeCL₂, FeSO₄, Fe(NO₃)_2.

Praktiskā vērtība starp norādītajām vielām ir vairāki savienojumi. Pirmkārt, dzelzs (II) hlorīds. Tas ir galvenais jonu piegādātājs cilvēka ķermenim ar anēmiju. Kad pacientam tiek diagnosticēta šāda kaite, viņam tiek nozīmēti kompleksi preparāti, kuru pamatā ir attiecīgais savienojums. Tādā veidā tiek atjaunots dzelzs deficīts organismā.

Otrkārt, dzelzs sulfāts, tas ir, dzelzs (II) sulfāts, kopā ar varu tiek izmantots, lai iznīcinātu lauksaimniecības kaitēkļus kultūrās. Metode savu efektivitāti pierāda jau vairāk nekā desmit gadus, tāpēc to ļoti novērtē dārznieki un dārznieki.

Mora S alt

Šis savienojumskas ir hidratēts dzelzs un amonija sulfāts. Tās formula ir uzrakstīta šādi: FeSO₄(NH₄)₂SO₄ 6H_{2O. Viens no dzelzs (II) savienojumiem, ko plaši izmanto praksē. Galvenās cilvēku lietošanas jomas ir šādas.}

1. Pharmaceuticals.
2. Zinātniskā izpēte un laboratorijas titrimetriskās analīzes (hroma, kālija permanganāta, vanādija noteikšanai).
3. Zāles - kā piedeva pārtikai ar dzelzs trūkumu pacienta organismā.
4. Koka izstrādājumu impregnēšanai, jo Moras sāls aizsargā pret pūšanas procesiem.

Ir arī citas jomas, kurās šī viela tiek izmantota. Tā ieguva savu nosaukumu par godu vācu ķīmiķim, kurš pirmais atklāja izpausmes īpašības.

Vielas ar dzelzs (III) oksidācijas pakāpi

Dzelzs savienojumu īpašības, kurās tā oksidācijas pakāpe ir +3, nedaudz atšķiras no iepriekš apskatītajām. Tādējādi atbilstošā oksīda un hidroksīda daba vairs nav bāziska, bet gan izteikta amfotēriska. Sniegsim galveno vielu aprakstu.

1. Dzelzs oksīds (III). Pulveris ir smalki kristālisks, sarkanbrūnā krāsā. Tas nešķīst ūdenī, uzrāda nedaudz skābas, vairāk amfoteriskas īpašības. Formula: Fe₂O_3.
2. Dzelzs(III) hidroksīds. Viela, kas izgulsnējas, sārmiem reaģējot ar atbilstošajiem dzelzs sāļiem. Tās raksturs ir izteikts amfoterisks, krāsa ir brūni brūna. Formula: Fe(OH)_3.
3. Sāļi, kas ietver katjonu Fe³⁺. Daudzi no tiem ir izolēti, izņemot karbonātu, jo notiek hidrolīze un izdalās oglekļa dioksīds. Dažu sāļu formulu piemēri: Fe(NO₃)₃, Fe₂(SO)4₎3_{, FeCL}3, _FeBr3 _{un citi.}

Starp iepriekš minētajiem piemēriem, no praktiskā viedokļa, tāds kristālisks hidrāts kā FeCL₃6H_{2O vai dzelzs hlorīda heksahidrāts ir svarīgs (III). To lieto medicīnā, lai apturētu asiņošanu un papildinātu dzelzs jonus organismā anēmijas gadījumā.}

Dzelzs(III) sulfāta 9-hidrāts tiek izmantots dzeramā ūdens attīrīšanai, jo tas darbojas kā koagulants.

Dzelzs(VI) savienojumi

Dzelzs ķīmisko savienojumu formulas, kur tai ir īpašs oksidācijas pakāpe +6, var uzrakstīt šādi:

• K₂FeO_4;
• Na₂FeO_4;
• MgFeO_{4 un citi.}

Visiem tiem ir kopīgs nosaukums - ferāti - un tiem ir līdzīgas īpašības (spēcīgi reducējoši līdzekļi). Tie spēj arī dezinficēt un tiem piemīt baktericīda iedarbība. Tas ļauj tos izmantot dzeramā ūdens attīrīšanai rūpnieciskā mērogā.

Sarežģīti savienojumi

Īpašas vielas ir ļoti svarīgas analītiskajā ķīmijā un ne tikai. Tie, kas veidojas sāļu ūdens šķīdumos. Tie ir sarežģīti dzelzs savienojumi. Populārākie un labi izpētītie ir šādi.

1. Kālija heksacianoferāts (II)K₄[Fe(CN)₆]. Vēl viens savienojuma nosaukums ir dzeltenais asins sāls. To izmanto Fe³⁺ dzelzs jonu kvalitatīvai noteikšanai šķīdumā. Ekspozīcijas rezultātā šķīdums iegūst skaistu spilgti zilu krāsu, jo veidojas vēl viens komplekss - prūšu zils KFe³⁺[Fe²⁺ (CN) _{6]. Kopš seniem laikiem to izmantoja kā audumu krāsvielu.}
2. Kālija heksacianoferāts (III) K₃[Fe(CN)₆]. Vēl viens nosaukums ir sarkanā asins sāls. Izmanto kā kvalitatīvu reaģentu dzelzs jonu Fe^{2+ noteikšanai. Rezultātā veidojas zilas nogulsnes, ko sauc par Turnbull blue. Izmanto arī kā auduma krāsvielu.}

Dzelzs organiskajās vielās

Dzelzs un tās savienojumi, kā mēs redzējām, ir liela praktiska nozīme cilvēka saimnieciskajā dzīvē. Tomēr papildus tam tā bioloģiskā loma organismā ir ne mazāk liela, gluži pretēji.

Ir viens ļoti svarīgs organisks savienojums, olb altumvielas, kas ietver šo elementu. Tas ir hemoglobīns. Pateicoties viņam, tiek transportēts skābeklis un tiek veikta vienmērīga un savlaicīga gāzes apmaiņa. Tāpēc dzelzs loma dzīvības procesā – elpošanā – ir vienkārši milzīga.

Kopumā cilvēka organismā ir aptuveni 4 grami dzelzs, kas pastāvīgi jāpapildina ar uzņemto pārtiku.