Залізо

В періодичної системі залізо перебуває у четвертому періоді, в побічної підгрупі VIII группы.

Хімічний знак — Fe (феррум). Порядковий номер — 26, електронна формула 1s2 2s2 2p6 3d6 4s2.

Электронно-графическая формула.

??? ?? ?

3d ?? 4p.

4s.

Валентные електрони у атома заліза перебувають у останньому електронному шарі (4s2) і передостанньому (3d6). У хімічних реакціях залізо може віддавати ці електрони й проявляти ступеня окислення +2, +3 і часом, +6.

Перебування в природе.

Залізо є другим за поширеністю металом у природі (після алюмінію). У вільному стані залізо трапляється тільки в метеоритах, падаючих на грішну землю. Найважливіші природні соединения:

Fe2O3 * 3H2O — буре железняк;

Fe2O3 — червоний железняк;

Fe3O4(FeO * Fe2O3) — магнітний железняк;

FeS2 — залізний колчедан (пирит).

Сполуки заліза входять до складу живих организмов.

Одержання железа.

У промисловості залізо отримують відновленням його з залізних руд вуглецем (коксом) і оксидом вуглецю (II) в доменних печах. Хімізм доменного процесу следующий:

З + O2 = CO2,.

CO2 + З = 2CO.

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2,.

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2,.

FeO + CO = Fe + CO2.

Фізичні свойства.

Залізо — сріблясто сірий метал, має великий ковкістю, пластичністю та з сильними магнітними властивостями. Щільність заліза — 7,87 г/см3, температура плавлення 1539? С.

Хімічні свойства.

У реакціях залізо є восстановителем. Проте за звичайній температурі він взаємодіє і з найактивнішими окислювачами (галогенами, киснем, сірої), але за нагріванні стає активним учасником і реагує з ними:

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 Хлорид заліза (III).

3Fe + 2O2 = Fe3O4(FeO * Fe2O3) Оксид заліза (II, III).

Fe + P. S = FeS Сульфід заліза (II).

При дуже високою температурі залізо реагує з вуглецем, кремнієм і фосфором:

3Fe + З = Fe3C Карбід заліза (цементит).

3Fe + Si = Fe3Si Силицид железа.

3Fe + 2P = Fe3P2 Фосфід заліза (II).

Залізо реагує зі складними веществами.

У вологому повітрі залізо швидко окислюється (корродирует):

4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe (OH)3,.

O.

Fe (OH)3 = Fe.

O — H + H2O.

Ржавчина.

Залізо перебуває посередині електрохімічного низки напруг металів, тому є металом середньої активності. Восстановительная здатність у заліза менше, ніж в лужних, щелочноземельных металів і в алюмінію. Тільки за високої температурі розпечене залізо реагує з водой:

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2?

Залізо реагує з розведеними сірчаної і соляної кислотами, витісняючи з кислот водород:

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2?

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2?

При звичайній температурі залізо не взаємодіє зі концентрованої сірчаної кислотою, оскільки пассивируется нею. При нагріванні концентрована H2SO4 окисляє залізо до сульфата заліза (III):

2Fe + 6H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3SO2? + 6H2O.

Разбавленная азотна кислота окисляє залізо до нітрату заліза (III):

Fe + 4HNO3 = Fe (NO3)3 + NO? + 2H2O.

Концентрована азотна кислота пассивирует железо.

З розчинів солей залізо витісняє метали, розташовані правіше їх у электрохимическом ряду напряжений:

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu, Fe0 + Cu2+ = Fe2+ + Cu0.

Сполуки заліза (II).

Оксид заліза (II) FeO — чорне кристалічний речовина, нерозчинне у питній воді. Оксид заліза (II) отримують відновленням оксиду железа (II, III) оксидом вуглецю (II):

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2?.

Оксид заліза (II) — основний оксид, легко реагує з кислотами, у своїй утворюються солі железа (II):

FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O, FeO + 2H+ = Fe2+ + H2O.

Гидроксид заліза (II) Fe (OH)2 — порошок білого кольору, не розчиняється у питній воді. Отримують його з солей заліза (II) при взаємодії їх з щелочами:

FeSO4 + 2NaOH = Fe (OH)2? + Na2SO4,.

Fe2+ + 2OH- = Fe (OH)2?.

Гидроксид заліза () Fe (OH)2 виявляє властивості підстави, легко реагує з кислотами:

Fe (OH)2 + 2HCl = FeCl2 + 2H2O,.

Fe (OH)2 + 2H+ = Fe2+ + 2H2O.

При нагріванні гидроксид заліза (II) разлагается:

Fe (OH)2 = FeO + H2O.

Сполуки зі ступенем окислення заліза +2 виявляють відбудовні властивості, оскільки Fe2+ легко окислюються до Fe+3:

Fe+2 — 1e = Fe+3.

Так, свежеполученный зеленуватий осад Fe (OH)2 надворі нас дуже швидко змінює забарвлення — буреет. Зміна забарвлення пояснюється окисленням Fe (OH)2 в Fe (OH)3 киснем воздуха:

4Fe+2(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe+3(OH)3.

Відбудовні властивості виявляють і солі двухвалентного заліза, особливо в дії окислювачів в кислотною середовищі. Наприклад, сульфат заліза (II) відновлює перманганат калію в сернокислотной середовищі до сульфату марганцю (II):

10Fe+2SO4 + 2KMn+7O4 + 8H2SO4 = 5Fe+32(SO4)3 + 2Mn+2SO4 + K2SO4 + 8H2O.

Якісна реакція на катіон заліза (II).

Реактивом визначення катиона заліза Fe2+ є гексациано (III) феррат калію (червона кров’яна сіль) K3[Fe (CN)6]:

3FeSO4 + 2K3[Fe (CN)6] = Fe3[Fe (CN)6]2? + 3K2SO4.

При взаємодії іонів [Fe (CN)6]3- з катионами заліза Fe2+ утворюється темно-синій осад — турнбулева синь:

3Fe2+ +2[Fe (CN)6]3- = Fe3[Fe (CN)6]2?

Сполуки заліза (III).

Оксид заліза (III) Fe2O3 — порошок бурого кольору, не розчиняється у питній воді. Оксид заліза (III) получают:

А) розкладанням гидроксида заліза (III):

2Fe (OH)3 = Fe2O3 + 3H2O.

Б) окисленням піриту (FeS2):

4Fe+2S2−1 + 11O20 = 2Fe2+3O3 + 8S+4O2−2.

Fe+2 — 1e? Fe+3.

2S-1 — 10e? 2S+4.

O20 + 4e? 2O-2 11e.

Оксид заліза (III) виявляє амфотерные свойства:

А) взаємодіє зі твердими лугами NaOH і KOH і з карбонатами натрію і калію за високої температуре:

Fe2O3 + 2NaOH = 2NaFeO2 + H2O,.

Fe2O3 + 2OH- = 2FeO2- + H2O,.

Fe2O3 + Na2CO3 = 2NaFeO2 + CO2.

Феррит натрия.

Гидроксид заліза (III) отримують з солей заліза (III) при взаємодії їх з щелочами:

FeCl3 + 3NaOH = Fe (OH)3? + 3NaCl,.

Fe3+ + 3OH- = Fe (OH)3?.

Гидроксид заліза (III) є слабким підставою, ніж Fe (OH)2, і виявляє амфотерные властивості (з величезним переважанням основних). При взаємодії з розведеними кислотами Fe (OH)3 легко утворює відповідні соли:

Fe (OH)3 + 3HCl? FeCl3 + H2O.

2Fe (OH)3 + 3H2SO4? Fe2(SO4)3 + 6H2O.

Fe (OH)3 + 3H+? Fe3+ + 3H2O.

Реакції з концентрованими розчинами лугів протікають лише за тривалому нагріванні. У цьому виходять стійкі гидрокомплексы з координаційним числом 4 чи 6:

Fe (OH)3 + NaOH = Na[Fe (OH)4],.

Fe (OH)3 + OH- = [Fe (OH)4]-,.

Fe (OH)3 + 3NaOH = Na3[Fe (OH)6],.

Fe (OH)3 + 3OH- = [Fe (OH)6]3-.

Сполуки зі ступенем окислення заліза +3 виявляють окисні властивості, бо під дією відновлювачів Fe+3 перетворюється на Fe+2:

Fe+3 + 1e = Fe+2.

Приміром, хлорид заліза (III) окисляє йодид калію до вільного йода:

2Fe+3Cl3 + 2KI = 2Fe+2Cl2 + 2KCl + I20.

Якісні реакцію катіон заліза (III).

А) Реактивом щоб виявити катиона Fe3+ є гексациано (II) феррат калію (жовта кров’яна сіль) K2[Fe (CN)6].

При взаємодії іонів [Fe (CN)6]4- з іонами Fe3+ утворюється темно-синій осад — берлінська лазурь:

4FeCl3 + 3K4[Fe (CN)6]? Fe4[Fe (CN)6]3? +12KCl,.

4Fe3+ + 3[Fe (CN)6]4- = Fe4[Fe (CN)6]3?.

Б) Катиони Fe3+ легко виявляються з допомогою роданида амонію (NH4CNS). Через війну взаємодії іонів CNS-1 з катионами заліза (III) Fe3+ утворюється малодиссоциирующий роданід заліза (III) криваво-червоного цвета:

FeCl3 + 3NH4CNS? Fe (CNS)3 + 3NH4Cl,.

Fe3+ + 3CNS1-? Fe (CNS)3.

Застосування і біологічна роль заліза та її соединений.

Найважливіші сплави заліза — чавуни і вони — основні конструкційними матеріалами практично в усіх галузях сучасного производства.

Хлорид заліза (III) FeCl3 застосовується очищення води. У органічному синтезі FeCl3 застосовується як каталізатор. Нітрат заліза Fe (NO3)3 * 9H2O використовують при забарвленні тканей.

Залізо одна із найважливіших мікроелементів в людини і тварин (в організмі дорослої людини міститься у вигляді сполук близько чотирьох р Fe). Воно входить до складу гемоглобіну, міоглобіну, різних ферментів та інших складних железобелковых комплексів, що у печінці та селезінці. Залізо стимулює функцію кровотворних органов.

Список використаної литературы:

1. «Хімія. Посібник репетитор». Ростов-на-Дону. «ФЕНІКС». 1997 год.

2. «Довідник для вступників у вузи». Москва. «Вищу школу», 1995 год.

3. Э. Т. Оганесян. «Посібник із хімії які у вузи». Москва. 1994 год.