Järnföreningar. Järn: fysikaliska och kemiska egenskaper

De första produkterna av järn och dess legeringar hittades under utgrävningar och går tillbaka till omkring 4 millennium BC. Det är att även de forntida egyptierna och sumererna använde meteoritiska avlagringar av detta ämne för att göra smycken och hushållsartiklar, såväl som vapen.

Idag är järnföreningar av olika slag, liksom ren metall, de vanligaste och använda ämnena. Inte undra på att det tjugonde århundradet ansågs vara järn. Faktum är att denna anslutning var avgörande för människan före tillkomsten och den breda distributionen av plast och besläktade material. Vad detta element är och vilka ämnen det bildar kommer vi att överväga i den här artikeln.

Det kemiska elementet i järn

Om vi betraktar en atoms struktur, måste vi först och främst ange dess placeringar i det periodiska bordet.

1. Serienummeret är 26.
2. Perioden är den fjärde stora.
3. Grupp åtta, undergrupp sekundär.
4. Atomvikten är 55.847.
5. Strukturen hos det yttre elektronskalet är betecknat med formeln 3d ⁶ 4s ² .
6. Symbolen för det kemiska elementet är Fe.
7. Namnet är järn, läsningen i formeln är ferrum.
8. I naturen finns det fyra stabila isotoper av det aktuella elementet med massnummer 54, 56, 57, 58.

Det kemiska elementet i järn har också cirka 20 olika isotoper som inte är stabila. Den möjliga oxidationen anger att en given atom kan uppvisa:

• 0;
• 2;
• 3;
• 6.

Det är viktigt inte bara själva elementet utan även dess olika föreningar och legeringar.

Fysiska egenskaper

Som en enkel substans har järn fysiska egenskaper med uttalad metallism. Det vill säga det är en silvervit med en grå metallton som har en hög grad av duktilitet och plasticitet och en hög smältpunkt och kokpunkt. Om vi betraktar egenskaperna mer detaljerat, då:

• Smältpunkten är 1539 ^° C;
• Kokning - 2862 ^° C;
• Aktivitet - medelvärde;
• Hög refraktäritet;
• Visar uttalade magnetiska egenskaper.

Beroende på förhållandena och olika temperaturer finns det flera modifieringar som bildar järn. Deras fysiska egenskaper skiljer sig från det faktum att kristallgallerna skiljer sig åt.

1. Alfa-formen, eller ferrit, existerar upp till en temperatur av 769 ^° C.
2. Från 769 till 917 ⁰ C är beta-formuläret.
3. 917-1394 ⁰ C - gammaform eller austenit.
4. Över 1394 ⁰ С - sigma-järn.

Alla modifieringar har olika typer av kristallgitterstruktur, och skiljer sig också åt i magnetiska egenskaper.

Kemiska egenskaper

Som nämnts ovan uppvisar en enkel substans järn en genomsnittlig kemisk aktivitet. I ett finfördelat tillstånd är det emellertid självtändande i luften, och i rent syre brinner själva metallen.

Korrosivitet är hög, så legeringar av detta ämne är belagda med dopföreningar. Järn kan interagera med:

• syror;
• Syre (inklusive luft);
• svavel;
• halogener;
• Vid upphettning - med kväve, fosfor, kol och kisel;
• Med salter av mindre aktiva metaller, återställer dem till enkla ämnen;
• Med varmvattenånga;
• Med järnsalter i oxidationstillstånd +3.

Uppenbarligen kan metallen i form av sådan aktivitet bilda olika föreningar, olika och polära egenskaper. Detta är vad som händer. Järn och dess föreningar är extremt mångsidiga och hittar tillämpning i de mest skilda grenar av vetenskap, teknik och industriell verksamhet hos människan.

Fördelning i naturen

Naturliga järnföreningar förekommer ganska ofta, för det här är det näst vanligaste elementet på vår planet efter aluminium. I denna rena metall är extremt sällsynt, i meteoriternas sammansättning, vilket indikerar sina stora kluster i rymden. Huvudmassan finns i sammansättningen av malmer, stenar och mineraler.

Om vi talar om det procentuella innehållet av det aktuella elementet i naturen kan följande siffror nämnas.

1. Kärnan i de markbundna planeterna är 90%.
2. I jordskorpan - 5%.
3. I jordens mantel - 12%.
4. I jordens kärna - 86%.
5. I flodvattnet - 2 mg / l.
6. I havet och havet - 0,02 mg / l.

De vanligaste järnföreningarna utgör följande mineraler:

• magnetit;
• Limonit eller brun järnmalm;
• vivianite;
• magnetkis;
• pyrit;
• siderit;
• markasit;
• loellingite;
• mispikel;
• Milanterite och andra.

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

• Gjutjärn;
• stål.

Järn är också ett värdefullt additiv i sammansättningen av många nickellegeringar.

Föreningarna av järn (II)

Dessa innefattar de i vilka oxidationstillståndet för formningselementet är +2. De är ganska många, eftersom de inkluderar:

• oxid;
• hydroxid;
• Binära anslutningar;
• Komplexa salter;
• Komplexa föreningar.

Formler av kemiska föreningar i vilka järn uppvisar denna grad av oxidation är individuella för varje klass. Tänk på de viktigaste och vanligaste.

1. Järnoxid (II). Pulvret är svart, det löser sig inte i vatten. Anslutningen är grundläggande. Det kan snabbt oxidera, men det kan också lätt återställas till en enkel substans. Den löses upp i syror och bildar motsvarande salter. Formeln är FeO.
2. Ferrinsyrahydroxid (II). Det är en vit amorf fällning. Framställd genom omsättning av salter med baser (alkalier). Den uppvisar svaga grundläggande egenskaper, kan snabbt oxidera i luft till järnföreningar +3. Formeln är Fe (OH) ₂ .
3. Salterna av elementet i det angivna oxidationstillståndet. De har vanligtvis en blekgrön färg av lösningen, de oxiderar väl även i luften, blir mörkbruna och omvandlas till järnsalter. 3. Lös upp i vatten. Exempel på föreningar: FeCL2, FeSO4, Fe (NO3) ₂ .

Praktisk betydelse bland de angivna substanserna har flera föreningar. Först, järn (II) klorid. Det är den främsta leverantören av joner till människokroppen, anemisk patient. När en sådan sjukdom diagnostiseras hos en patient, föreskrivs komplexa beredningar baserade på den ifrågavarande föreningen för den. Så här återfinns järnbrist i kroppen.

För det andra används järnvitriol, det vill säga järnsulfat (II), tillsammans med koppar för att förstöra jordbruksskadedjur i grödor. Metoden visar sin effektivitet inte under de första tio åren, därför är det mycket uppskattat av trädgårdsmästare och lastbilsbönder.

Morasaltet

Denna förening, som är kristallhydratet av järnsulfat och ammonium. Dess formel är skriven som FeSO4 * (NH4) 2SO4 * 6H20. En av järn (II) -föreningarna, som har använts i stor utsträckning i praktiken. Huvudområdena för mänsklig användning är som följer.

1. Farmaci.
2. Vetenskaplig forskning och laboratorietitrimetrisk analys (för bestämning av innehållet av krom, kaliumpermanganat, vanadin).
3. Medicin - som tillsats för mat med brist på järn i patientens kropp.
4. För impregnering av träprodukter, eftersom Mohrs salt skyddar mot sönderfallsprocesser.

Det finns andra områden där detta ämne hittar ansökan. Dess namn mottogs för att hedra en tysk kemist som först upptäckte de manifesterade egenskaperna.

Ämnen med en grad av oxidation av järn (III)

Egenskaperna hos järnföreningar i vilka den uppvisar +3-oxidationsgrad är något annorlunda än de som anses ovan. Sålunda är karaktären hos motsvarande oxid och hydroxid inte längre grundläggande, men uttalad amfotär. Låt oss beskriva huvudämnena.

1. Järnoxid (III). Pulvret är småkristallin, rödbrun i färg. I vatten löses det inte upp, det uppvisar svagt sura egenskaper, mer amfotera. Formel: Fe203.
2. Ferrichydroxid (III). Ett ämne utfällt genom verkan av alkalier på motsvarande järnsalter. Dess karaktär är uttalad amfotert, färgen är brunbrun. Formel: Fe (OH) ₃ .
3. Salter, som inkluderar katjonen av Fe ³⁺ . En sådan uppsättning särskiljer, med undantag för karbonatet, eftersom hydrolys uppträder och koldioxid frigörs. Exempel på formler av vissa salter: Fe (NO3) ₃ , Fe2 (SO4) ₃ , FeCl3 _, FeBr3 och andra.

Av de praktiska synpunkterna är ett viktigt kristallint hydrat, såsom FeCL3 _* 6H20 eller järn (III) hexahydroklorid, viktigt. Det används i medicin för att sluta blöda och fylla i järnjoner i kroppen med anemi.

Nio-järn (III) sulfat används för att rena dricksvatten, eftersom det beter sig som ett koaguleringsmedel.

Föreningarna av järn (VI)

Formler av kemiska föreningar av järn, där den uppvisar en särskild grad av oxidation +6, kan skrivas enligt följande:

• K2 FeO4;
• Na2 FeO4;
• MgFeO ₄ och andra.

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

Komplexa föreningar

Mycket viktigt i analytisk kemi och inte bara är speciella ämnen. Sådana som bildas i vattenhaltiga saltlösningar. Dessa är komplexa järnföreningar. De mest populära och väl studerade är följande.

1. Hexacyanoferrat (II) kalium K4 [Fe (CN) ₆ ]. Ett annat namn för föreningen är gult blodsalt. Den används för kvalitativ bestämning av järn Fe ³⁺ i lösning. Som ett resultat av åtgärden förvärvar lösningen en vacker ljusblå färg, eftersom ett annat komplex bildas - Berlinblått av KFe ³⁺ [Fe ²⁺ (CN) ₆ ]. Sedan antiken har den använts som ett färgämne för tyg.
2. Hexacyanoferrat (III) kalium K3 [Fe (CN) ₆ ]. Ett annat namn är rött blodsalt. Det används som ett kvalitativt reagens för att bestämma Fe ^{2+ jonjonen} . Som ett resultat bildas en blå fällning, kallad turbulensblå. Används också som färgämne för tyg.

Järn i kompositionen av organiska ämnen

Järn och dess föreningar, som vi redan har sett, har stor praktisk betydelse för människans ekonomiska liv. Men dessutom är hans biologiska roll i kroppen inte mindre, även tvärtom.

Det finns en mycket viktig organisk förening, ett protein, som detta element tillhör. Detta är hemoglobin. Det är tack vare honom att syre transporteras och en enhetlig och snabb gasutbyte utförs. Därför är järnens roll i en viktig process - andning - helt enkelt enorm.

Totalt finns cirka 4 gram järn i människokroppen, som måste kompletteras ständigt av konsumerad mat.